一、發(fā)展概況和應(yīng)用背景
Y/66`&,{ \, !q[nC 塑料工業(yè)近20年來發(fā)展十分迅速，早在7年前塑料的年產(chǎn)量按體積計算已經(jīng)超過鋼鐵和有色金屬年產(chǎn)量的總和，塑料制品在汽車、機(jī)電、儀表、航天航空等國家支柱產(chǎn)業(yè)及與人民日常生活相關(guān)的各個領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形
模具產(chǎn)量中約半數(shù)以上是注塑模具。
;QQ7 vo zjS:;!8em 隨著塑料制品復(fù)雜程度和精度要求的提高以及生產(chǎn)周期的縮短，主要依靠經(jīng)驗的傳統(tǒng)模具設(shè)計方法已不能適應(yīng)市場的要求，在大型復(fù)雜和小型精密注射模具方面我國還需要從國外進(jìn)口模具。
CD1= 2 b=U MoWS 二、關(guān)鍵技術(shù)和實用功能
;cn .s, $-?5Q~ 1、用三維實體模型取代中心層模型
yn[ZN-H~ =k= 2~
j 傳統(tǒng)的注塑成形仿真軟件基于制品的中心層模型。用戶首先要將薄壁塑料制品抽象成近似的平面和曲面，這些面被稱為中心層。在這些中心層上生成二維平面三角網(wǎng)格，利用這些二維平面三角網(wǎng)格進(jìn)行有限元計算，并將最終的分析結(jié)果在中面上顯示。而注塑產(chǎn)品模型多采用三維實體模型，由于兩者模型的不一致，二次建模不可避免。但由于注塑產(chǎn)品的形狀復(fù)雜多樣、千變?nèi)f化，從三維實體中抽象出中心層面是一件十分困難的工作，提取過程非常繁瑣費時，因此設(shè)計人員對仿真軟件有畏難情緒，這已成為注塑成形仿真軟件推廣應(yīng)用的瓶頸。
!s*''v* B 9Q. s HSCAE 3D主要是接受三維實體/表面模型的STL文件格式�，F(xiàn)在主流的CAD/CAM系統(tǒng)，如UG、
Pro/ENGINEER、CATIA和
SolidWorks等，均可輸出質(zhì)量較高的STL格式文件。這就是說，用戶可借助任何商品化的CAD/CAE系統(tǒng)生成所需制品的三維幾何模型的STL格式文件，HSCAE 3D可以自動將該STL文件轉(zhuǎn)化為有限元網(wǎng)格模型，通過表面配對和引入新的邊界條件保證對應(yīng)表面的協(xié)調(diào)流動，實現(xiàn)基于三維實體模型的分析，并顯示三維分析結(jié)果，免去了中心層模擬技術(shù)中先抽象出中心層，再生成網(wǎng)格這一復(fù)雜步驟，突破了仿真系統(tǒng)推廣應(yīng)用的瓶頸，大大減輕了用戶建模的負(fù)擔(dān)，降低了對用戶的技術(shù)要求，對用戶的培訓(xùn)時間也由過去的數(shù)周縮短為幾小時。
idS
RWa F` 5/9?;| 2、有限元、有限差分、控制體積方法的綜合運用
DIp:S&q2 rY?F6'} 注塑制品都是薄壁制品，制品厚度方向的尺寸遠(yuǎn)小于其他兩個方向的尺寸，溫度等物理量在厚度方向的變化又非常大，若采用單純的有限元或有限差分方法勢必造成分析時間過長，無法滿足模具設(shè)計與制造的實際需要。我們在流動平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法，分別建立與流動平面和厚度方向尺寸相適應(yīng)的網(wǎng)格并進(jìn)行
耦合求解，在保證計算精度的前提下使得計算速度滿足工程的需要，并采用控制體積法解決了成形中的移動邊界問題。對于內(nèi)外對應(yīng)表面存在差異的制品，可劃分為兩部分體積，并各自形成控制方程，通過在交接處進(jìn)行插值對比保證這兩部分的協(xié)調(diào)。
{dx /p-Tv ' xZPIj+ 3、數(shù)值計算與人工智能技術(shù)的結(jié)合
<o7#?AcP u ? < O 優(yōu)選注塑成形工藝參數(shù)一直是廣大模具設(shè)計人員關(guān)注的問題，傳統(tǒng)的CAE軟件雖然可以在計算機(jī)上仿真出指定工藝條件下的注塑成形情況，但無法自動對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。CAE軟件使用人員必須設(shè)置不同的工藝條件進(jìn)行多次CAE分析，并結(jié)合實際經(jīng)驗在各方案之間進(jìn)行比較，才能得出較滿意的工藝方案。同時，在對零件進(jìn)行CAE分析后，系統(tǒng)會產(chǎn)生有關(guān)該方案的大量信息(制品、工藝條件、分析結(jié)果等)，其中分析結(jié)果往往以各種數(shù)據(jù)場的形式出現(xiàn)，要求用戶必須具備分析和理解CAE分析結(jié)果的能力，所以傳統(tǒng)的CAE軟件是一種被動式的計算工具，無法提供給用戶直觀、有效的工程化結(jié)論，對軟件使用者的要求過高，影響了CAE系統(tǒng)在更大范圍內(nèi)的應(yīng)用和普及。
|id79qY7g FT/5 _1i 針對以上不足，HSCAE 3D軟件在原有CAE系統(tǒng)準(zhǔn)確的計算功能基礎(chǔ)上，把知識工程技術(shù)引入系統(tǒng)的開發(fā)中，利用人工智能所具有的思維和推理能力，代替用戶完成大量信息的分析和處理工作，直接提供具有指導(dǎo)意義的工藝結(jié)論和建議，有效解決了CAE系統(tǒng)的復(fù)雜性與用戶使用要求的簡單性之間的矛盾，縮短了CAE系統(tǒng)與用戶之間的距離，將仿真軟件由傳統(tǒng)的“被動式”計算工具提升為“主動式”優(yōu)化系統(tǒng)。HSCAE 3D系統(tǒng)主要將人工智能技術(shù)應(yīng)用于初始工藝方案設(shè)計、CAE分析結(jié)果的解釋和評價、分析方案的改進(jìn)與優(yōu)化3個方面。
vZeYp
