一、發展概況和應用背景

　　塑料工業近20年來發展十分迅速，早在7年前塑料的年產量按體積計算已經超過鋼鐵和有色金屬年產量的總和，塑料制品在汽車、機電、儀表、航天航空等*支柱產業及與人民日常生活相關的各個領域中得到了廣泛的應用。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量中約半數以上是注塑模具。

　　隨著塑料制品復雜程度和精度要求的提高以及生產周期的縮短，主要依靠經驗的傳統模具設計方法已不能適應市場的要求，在大型復雜和小型精密注射模具方面我國還需要從國外進口模具。

　　二、關鍵技術和實用功能

　　1．用三維實體模型取代中心層模型

　　傳統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格，利用這些二維平面三角網格進行有限元計算，并將最終的分析結果在中面上顯示。而注塑產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。但由于注塑產品的形狀復雜多樣、千變萬化，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用的瓶頸。

　　HSCAE 3D主要是接受三維實體/表面模型的STL文件格式。現在主流的CAD/CAM系統，如UG、Pro/ENGINEER、CATIA和SolidWorks等，均可輸出質量較高的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文件轉化為有限元網格模型，通過表面配對和引入新的邊界條件保證對應表面的協調流動，實現基于三維實體模型的分析，并顯示三維分析結果，免去了中心層模擬技術中先抽象出中心層，再生成網格這一復雜步驟，突破了仿真系統推廣應用的瓶頸，大大減輕了用戶建模的負擔，降低了對用戶的技術要求，對用戶的培訓時間也由過去的數周縮短為幾小時。圖1為基于中心層模型和基于三維實體/表面模型流動分析模擬情況對比圖。

　　2．有限元、有限差分、控制體積方法的綜合運用

　　注塑制品都是薄壁制品，制品厚度方向的尺寸遠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的網格并進行耦合求解，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。對于內外對應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，通過在交接處進行插值對比保證這兩部分的協調。