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(duì)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(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　一、幾何模型的簡(jiǎn)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(jì)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(guò)程中，往往需要對(duì)模具的CAD模型中的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行簡(jiǎn)化運(yùn)算。

　　(1)為分析計(jì)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(lái)代替，將制件簡(jiǎn)化為由各個(gè)單層面組建而成的實(shí)體。

　　(2)忽略與主體特征不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上的小尺寸幾何特征。制件中常常出現(xiàn)尺寸相對(duì)網(wǎng)格尺寸小的圓角、小倒角、螺紋、通孔或凸起等特征，簡(jiǎn)化處理時(shí)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(shí)間和50%的計(jì)算時(shí)間。

　　如圖1為圓角刪除前后縱橫比比較(最長(zhǎng)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(dòng)路徑的末端，且末端的料溫接近塑料的轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，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(shí)，則這些幾何特征不應(yīng)被刪除，否則無(wú)法預(yù)測(cè)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(shí)，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(gè)參數(shù)，并通過(guò)這兩個(gè)參數(shù)的設(shè)定將非圓形截面轉(zhuǎn)化為圓形截面，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)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(zhǎng)，——非圓形截面的周長(zhǎng)。由定義可知，f一般不小于1，越大說(shuō)明橫截 面越不規(guī)則，它所產(chǎn)生的冷卻效果和流動(dòng)阻力大。

　　(4)在設(shè)計(jì)中，常遇到某部分的截面設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)模擬僅沿軸線方向流動(dòng)。而模具型腔則需從計(jì)算時(shí)間、計(jì)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(shí)體模型三種。三種模型的分類及適用選用見(jiàn)表1。

　　2.網(wǎng)格密度的選擇

　　(1)對(duì)分析時(shí)間的影響。經(jīng)過(guò)大量的模擬試驗(yàn)表明：隨著網(wǎng)格數(shù)目的增加，計(jì)算時(shí)間呈指數(shù)增長(zhǎng)，而計(jì)算結(jié)果的精確性提高卻很有限。以實(shí)際的模擬分析為例，相同的計(jì)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(duì)比計(jì)算時(shí)間和計(jì)算結(jié)果之一的壓力情況，表2表明了網(wǎng)格數(shù)與計(jì)算時(shí)間、計(jì)算精確性的關(guān)系。

　　(2)對(duì)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(dòng)或者人工平衡流道時(shí)，需要利用遲滯效應(yīng)，此時(shí)網(wǎng)格要足夠密。②熔接痕。在兩個(gè)或更多的相連的節(jié)點(diǎn)處能夠預(yù)測(cè)到熔接痕，所以熔接痕對(duì)于網(wǎng)格的密度是非常敏感的。粗糙的網(wǎng)格通常會(huì)得到錯(cuò)誤的熔接痕分布狀況。如圖4，當(dāng)網(wǎng)格粗糙時(shí)，熔接痕預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，當(dāng)網(wǎng)格較密時(shí)，熔接痕的預(yù)測(cè)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(cè)氣穴的產(chǎn)生。這是因?yàn)樵诖植诘木W(wǎng)格里，薄壁部分沒(méi)有預(yù)測(cè)到遲滯現(xiàn)象，但是較密的網(wǎng)格中則預(yù)測(cè)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(jì)算精度的前提下，采用盡量少的網(wǎng)格數(shù)目，以提高計(jì)算效率，降低計(jì)算成本。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　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(shí)也是最為復(fù)雜、繁瑣的環(huán)節(jié)，需要對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)劃分好的網(wǎng)格進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)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。