注塑CAE常用的數(shù)值解法有邊界單元法、有限單元法和有限差分法等，但這些解法都需要對所建立的模型進(jìn)行單元網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格的好壞、疏密直接關(guān)系著CAE分析的效率。因此，網(wǎng)格模型的優(yōu)化就成為CAE分析的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　一、幾何模型的簡化

　　由于軟件功能的不同要求，注塑CAE模擬分析的網(wǎng)格模型往往與CAD設(shè)計的模型不完全一樣，通常為了更為有效地進(jìn)行模擬分析，在進(jìn)行CAE的模型構(gòu)建過程中，往往需要對模具的CAD模型中的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行簡化運(yùn)算。

　　(1)為分析計算方便，制件的各部分可以用一定厚度的中心面或外(內(nèi))表面來代替，將制件簡化為由各個單層面組建而成的實體。

　　(2)忽略與主體特征不在一個數(shù)量級上的小尺寸幾何特征。制件中常常出現(xiàn)尺寸相對網(wǎng)格尺寸小的圓角、小倒角、螺紋、通孔或凸起等特征，簡化處理時可以直接刪除這些小特征。模擬分析的準(zhǔn)確性不變，但為后續(xù)的網(wǎng)格處理減少工作量，模擬的分析量也大大減少，可以縮短70%的模型準(zhǔn)備時間和50%的計算時間。

　　如圖1為圓角刪除前后縱橫比比較(最長邊與該邊的高之比值，比值越小，模擬分析越準(zhǔn)確)，從圖中可以看出，刪除圓角前后網(wǎng)格的最大縱橫比分別是8147和12.54，可以看出右圖的網(wǎng)格質(zhì)量有了明顯的提高。

　　但出現(xiàn)以下兩種情況的幾何特征不可刪除：①當(dāng)被刪除的幾何特征位于流動路徑的末端，且末端的料溫接近塑料的轉(zhuǎn)變溫度時，則被刪除幾何特征處存在充填不足的可能;②當(dāng)制品外觀處幾何特征要求較高時，則這些幾何特征不應(yīng)被刪除，否則無法預(yù)測這些幾何特征處應(yīng)有的氣穴和熔接痕位置。

　　(3)建立CAE分析模型時，如果主流道、分流道、澆口、冷卻水管等采用非圓形截面，通常引進(jìn)相當(dāng)直徑d與形狀因子f兩個參數(shù)，并通過這兩個參數(shù)的設(shè)定將非圓形截面轉(zhuǎn)化為圓形截面，以簡化設(shè)計與運(yùn)算，而不影響模擬分析的準(zhǔn)確性。

　　其中：

　　其中，——非圓形截面的周長，——非圓形截面的周長。由定義可知，f一般不小于1，越大說明橫截 面越不規(guī)則，它所產(chǎn)生的冷卻效果和流動阻力大。

　　(4)在設(shè)計中，常遇到某部分的截面設(shè)計不規(guī)則，如圖2所示，引進(jìn)相當(dāng)厚度t與形狀因子f兩個參數(shù)，將不規(guī)則的橫截面轉(zhuǎn)化為規(guī)則的橫截面，以降低CAE的分析量。

　　二、網(wǎng)格模型的構(gòu)建

　　通常CAE分析為主流道、分流道、澆口和冷卻管道等建立一維網(wǎng)格，這種網(wǎng)格模型的流動模擬僅沿軸線方向流動。而模具型腔則需從計算時間、計算精度等方面考慮采用中面模型、表面模型或?qū)嶓w模型。

　　1.網(wǎng)格類型的選擇

　　網(wǎng)格模型有中面模型，表面模型和實體模型三種。三種模型的分類及適用選用見表1。

　　2.網(wǎng)格密度的選擇

　　(1)對分析時間的影響。經(jīng)過大量的模擬試驗表明：隨著網(wǎng)格數(shù)目的增加，計算時間呈指數(shù)增長，而計算結(jié)果的精確性提高卻很有限。以實際的模擬分析為例，相同的計算模型，在機(jī)器配置和分析內(nèi)容完成同樣的情況，采用不同的網(wǎng)格數(shù)進(jìn)行分析，對比計算時間和計算結(jié)果之一的壓力情況，表2表明了網(wǎng)格數(shù)與計算時間、計算精確性的關(guān)系。

　　(2)對分析結(jié)果的影響。①遲滯效應(yīng)。如圖3在某些情況下，為了引導(dǎo)流動或者人工平衡流道時，需要利用遲滯效應(yīng)，此時網(wǎng)格要足夠密。②熔接痕。在兩個或更多的相連的節(jié)點處能夠預(yù)測到熔接痕，所以熔接痕對于網(wǎng)格的密度是非常敏感的。粗糙的網(wǎng)格通常會得到錯誤的熔接痕分布狀況。如圖4，當(dāng)網(wǎng)格粗糙時，熔接痕預(yù)測不準(zhǔn)確，當(dāng)網(wǎng)格較密時，熔接痕的預(yù)測較準(zhǔn)確。③氣穴。氣穴的產(chǎn)生常常是由于厚度的改變發(fā)生遲滯效應(yīng)而產(chǎn)生的。在圖5里，可以看出，較密的網(wǎng)格可以預(yù)測氣穴的產(chǎn)生。這是因為在粗糙的網(wǎng)格里，薄壁部分沒有預(yù)測到遲滯現(xiàn)象，但是較密的網(wǎng)格中則預(yù)測到了遲滯現(xiàn)象。

　　從上面的討論，可以得出網(wǎng)格密度選擇的原則是：保證計算精度的前提下，采用盡量少的網(wǎng)格數(shù)目，以提高計算效率，降低計算成本。

　　三、結(jié)束語

　　被分析模型的網(wǎng)格劃分和修改是MPI分析前處理中最為重要的，同時也是最為復(fù)雜、繁瑣的環(huán)節(jié)，需要對系統(tǒng)自動劃分好的網(wǎng)格進(jìn)行長時間處理。因此，在保證分析精度的前提下，網(wǎng)格模型的優(yōu)化將更為重要。