脸盆模具设计与温度场的有限元分析
第三讲 温度场的有限元分析
传热基本原理
• 上述偏微分方程式是传热学理论中的最 基本公式，适合于包括铸造、焊接、热 处理过程在内的所有热传导问题的数学 描述，但在对具体热场进行求解时，除 了上述偏微分方程外，还要根据具体问 题给出导热体的初始条件与边界条件。
传热基本原理
对具体热场用上述微分方程进行求解时，需要根据具体问 题给出导热体的初始条件与边界条件。
• 初始条件： 初始条件是指物体开始导热时（即 t
= 0 时）的瞬时温度分布。
• 边界条件： 边界条件是指导热体表面与周围介质
间的热交换情况。
传热基本原理
• 常见的边界条件有以下三类： 第一类边界条件： 给定物体表面温度随时间的变 Tw f (t ) 化关系 第二类边界条件： 给出通过物体表面的比热流随 时间的变化关系 T q x , y , z , t
• 2、二维稳态热传导方程及边界条件
T T (k x ) (k y ) Q 0 在 内 x x y y 在 1上 在 2上 T (T a T ) n
T ( x, y , t ) T (1 , t ) k
平面稳态温度场的有限元法
• • • 1、泛函与变分 函数 y=f(x) 求y 的极值，即求微分，由dy=0 可得。 泛函J=J [y(x)] 函数y(x)为自变量，J为函数y的函数，称J为y的 泛函，求泛函的极值，即求变分， 由 J 0 可得。 • 例：平面上AB两点，连接AB的曲线很多，要求一条曲线使重物 靠自重由A沿此曲线滑到B所需的时间最短，即求最速下降曲线。 • 显然，AB间直线路径最短，但重物运动的速度增长并不是最大， 即下滑的时间并非最短。 A x n 设AB间有n条曲线 yi ( x) i 1, 2,... ， 每条曲线对应一个时间 Ti i 1, 2,...n ， 即T是y(x)函数，即泛函，求变分的极值 则可得最速下降曲线 p B v y
大型铸造模具的有限元分析和设计
大型铸造模具的有限元分析和设计随着工业化的发展，铸造业成为各国经济的重要组成部分之一。
铸造业需要大量的铸造模具来生产各种各样的铸造件，而大型铸造模具的设计和分析是整个生产过程中至关重要的一步。
有限元分析技术是目前模具设计中常用的一种工具，可以在模具设计和制造的过程中提高设计和生产效率，减少质量问题及不必要的时间和成本。
因此，学习和掌握大型铸造模具的有限元分析技术是非常必要的。
1.大型铸造模具的设计大型铸造模具的设计是通过工艺要求、工作环境、待铸件形状等要素来进行的。
需要考虑到模具的寿命、结构强度和铸造件的质量，还要确保模具制造的各个环节符合安全生产的要求。
在设计铸造模具时，需要有一定的知识储备、经验和技术支持，才能够设计出高质量、高效率和安全稳定的铸造模具。
设计过程中，需要考虑到各个因素可能发生的影响，并进行评估，以确保安全可靠。
设计者需要结合实际情况进行改进，以便更好地适应不断发展的市场要求。
2.有限元分析技术在大型铸造模具设计中的作用有限元分析技术是一种常用的计算方法，可以在设计模具的过程中提高设计效率，减少生产成本和人力物力资源的浪费。
有限元分析技术可以在设计前进行模拟，减少因现场测试和分析导致的成本增加和时间延误。
设计者可以通过有限元分析预测模具制造过程中的各种状态，以更好地掌控模具施工的整个流程。
在铸造模具的有限元分析中，通过模拟分析来模仿模具在生产中的应力状态，以确定模具的强度是否满足生产要求。
有限元分析技术可以通过分析不同材料、结构和工艺条件来确定模具的最佳设计方案，避免了在一些不必要的试验中产生的浪费。
有限元分析技术可以通过较小的成本实现大量的模拟试验，提高了产品设计的效率和可靠性，找到满足生产需求的最优方案，并发现可能存在的制造缺陷和问题，提高模具的制造质量和生产效率。
3.大型铸造模具有限元分析技术的应用在大型铸造模具的有限元分析和设计中，一些重要的应用有以下几个方面：(1) 铸造模具的应力分析：在模具设计过程中，需要考虑到模具在铸造中的应力状态。
基于有限元分析的温度场优化设计研究
基于有限元分析的温度场优化设计研究随着科技的快速发展和工业的不断进步，热问题的解决变得尤为重要。
在许多工程领域中，如航空航天、能源、电子器件等，温度场的优化设计是一项关键任务。
有限元分析技术凭借其精确性和可靠性，成为研究温度场设计的重要工具。
有限元分析是一种数值计算方法，用于求解实际工程问题的数值解。
它将复杂的结构分割成许多小的离散单元，每个单元都可以表示为具有特定物理性质的单一材料。
通过这种方法，可以有效地模拟结构在各种工况下的变形和应力分布。
在温度场优化设计研究中，有限元分析可以帮助工程师理解不同材料的热传导特性以及结构的热稳定性。
通过建立合适的数学模型，可以预测材料在特定工况下的温度分布和热传导路径。
这些信息可以用于优化设计，以确保结构的稳定性和效率。
在设计过程中，首先需要收集材料的热传导性质和热稳定性数据。
这些数据通常通过实验获取，包括热导率、热扩散系数和热容等。
然后，根据结构的几何形状和边界条件，建立有限元模型。
该模型将结构分割成小单元，并在每个单元中考虑热传导和对流散热的影响。
一旦建立了有限元模型，可以通过数值方法求解热传导方程，得到结构在不同工况下的温度分布。
通过这些温度数据，可以分析结构的热稳定性，识别潜在的热点和温度梯度高的区域。
根据分析结果，工程师可以采取相应的措施，例如增加散热装置、优化材料选择或进行结构调整。
除了分析结果，有限元分析还可以帮助优化设计过程。
通过调整材料的分布、几何形状或边界条件，可以改善结构的热稳定性和效率。
通过引入随机变量和优化算法，还可以实现多目标优化，寻找最佳的设计方案。
然而，在应用有限元分析进行温度场优化设计时，也存在一些挑战。
首先，建立准确的数学模型需要对结构的物理特性有深入的理解。
其次，模型的离散化可能导致数值误差，需要适当的网格划分和收敛检查。
此外，求解大规模有限元模型需要大量的计算资源和时间。
总的来说，基于有限元分析的温度场优化设计研究具有重要意义和实际应用价值。
塑料洗脸盆注塑模设计-注射模开题报告
塑料洗脸盆注塑模设计-注射模开题报告开题报告毕业设计（论文）题目塑料洗脸盆的注塑模设计学生姓名专业班级指导教师姓名职称一、课题背景在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高。
现代模具制造企业中，CAD/CAM技术已经得到广泛的应用。
在实际模具设计制造流程环境下，设计人员更多的使用CAD/CAM平台来完成复杂的模具设计工作。
UG、pro/E、Solidworks等综合设计平台已经完全走进模具设计、制造的各个环节[1]。
在先进的CAM平台支持下，利用先进的数控加工机床已经取代了许多需要电火花放电加工工位，大大提高了模具加工效率，缩短了模具制造时间。
选题目的通过本次设计可以使我掌握注射模的模具结构机构的设计，对CAD、PRO/E等一系列软件的应用熟练，让我们能更快适应生产工作。
培养自己综合运用自己综合运用所学基础和专业基本理论、基本方法分析和解决相关专业工程实际问题的能力，在独立思考、独立工作能力方面获得培养和提高。
培养自己综合运用所学基础和专业基本理论、基本方法分析和解决测量与控制及其它相关工程实际问题的能力，在独立思考、独立工作能力方面获得培养和提高。
加之通过毕业设计，完成该课题可对我们大学四年期间所学的知识进行一次较为全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学的知识去解决生产中实际问题的方法，增强从事本专业实际工作所必需的基本能力和开发研究能力，为我们以后走上工作岗位打下一个良好的基础。
研究意义模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已经一个国家制造业水平的重要标志之一，随着塑料制品在机械、电子、交通、国防、建筑、农业等各个行业广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日益突出。
参阅了多本资料书籍，注塑成型是现代塑料工业中的一种重要的加工方法,世界上注塑模的产量约占塑料成型模具总产量的50%以上。
注塑成型能一次成型形状复杂、尺寸精确的制品,适合高效率、大批量的生产方式,以发展成为热塑性塑料和部分热固性塑料最主要的成型加工方法，一般需要经过反复调试和修模才能正式投入生产,这种传统的生产方式不仅使产品的生产周期延长,生产成本增加,而且难以保证产品的质量。
铸造模型的温度场有限元分析
铸造模型的温度场有限元分析概述铸造是一种工程制造方法，将液态金属或其他物质浇铸到一个模具中，让其冷却并形成所需形状。
在铸造过程中，温度场是非常重要的因素。
温度场决定了物体的热胀冷缩、形变、质量等方面，因此对温度场进行分析和优化是铸造中非常关键的步骤。
有限元分析是一种数值分析方法，广泛应用于工程领域中的物理模拟和优化。
它通过将复杂的物理系统划分成离散的小单元，然后进行数值计算，求解问题的数值解。
因为铸造模型具有复杂的结构和几何形状，因此需要使用有限元分析方法对其温度场进行建模和分析。
建模铸造模型的温度场建模通常采用有限元法。
首先需要将模型划分为许多小单元，然后对每个小单元进行分析。
对于铸造模型，一般采用三维有限元建模。
建模首先需要构建模型几何结构，通常可以使用CAD软件进行建模，并将建模结果导入有限元分析软件中。
此外，还需要确定材料属性如热传导系数、比热容等物理参数。
这些参数可以通过实验或者文献数据获得。
模型建立后，需要进行网格划分。
网格划分是将模型划分为许多小单元的过程。
划分应该既能保证精度，又不能花费过多的计算资源。
常用的有限元网格包括四面体网格和六面体网格。
求解一旦建立了有限元模型并完成了网格划分，就可以求解铸造模型的温度场了。
求解需要根据材料性质、边界条件和初值条件设置方程组。
为此，通常会考虑以下因素：•材料参数：包括材料的比热容、密度、热传导系数等。
•边界条件：包括模型的外表面或锥度面进行空气自流冷却，穴道内部注射的铸造材料温度，模型的初值等。
•时间步长：需要选用适当的时间步长来求解模型。
通过建立方程组，使用求解器对其进行求解。
有限元分析通常可以获得模型的温度分布、热流量、热应力等结果。
结果分析求解完成后，可以对求解结果进行分析和优化。
通常采用后处理软件进行结果可视化，比如ParaView、Tecplot等软件。
常用的分析方式包括对温度场进行动态展示、温度场的等高线图、热流分布图等。
这些可视化结果可以帮助研究人员更好地了解模型温度分布的规律，并进行优化改进。
第三讲 温度场的有限元分析
2
...
二维单元
Ni ( x)ui
1
n
注：Ni可为Lagrange、 Hamiton多项式或形函 数，在+1~-1间变化
u ( x, y ) N i ui
1
n
v( x, y ) N i vi
1
n
第三讲 温度场的有限元分析
参考： 《有限单元法在传热学中的应用》，孔祥谦 编著， 北京：科学出版社，第三版，1998.9 （TK124/7）
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
温度场基本方程推导
• 整理得：
c T T T T (k x ) (k y ) (k z ) Q 0 t x x y y z z
• 满足上述热传导方程的解有无限多个，为了确定真 实的温度场，必须知道物体初始瞬态的温度分布， 即初始条件，称为第一类边界条件 T ( x, y, z, t )t 0 T ( x, y, z ) • 同时，还需知道物体表面与周围介质间进行热交换 的规律，即边界条件，有三类边界条件。
边界面上的热流密度q[w/m2]为已知
2T 2T 2 0 2 x y
T k n
q 0
1
平面稳态温度场的有限元法
• 2、平面稳态温度场的泛函 第三类边界条件平面稳态温度场
脸盆注塑模设计教程
脸盆注塑模设计教程模具设计研究目的与要点随着生活水平提高和市场竞争加剧，产品越来越注重个性化和时尚化，更新换代速度也在加快。
因此，模具生产周期、质量和成本都需要更高的要求。
为满足这种需求，Pro/ENGINEER中的MoldSign模具设计模块应运而生。
MoldSign模块提供了模具设计的常用工具，对于型腔复杂的塑料模具设计非常实用。
它能完成大部分模具设计工作，并且和模块数据库一起使用，可以显著减少模具设计时间。
同时，所产生的模具零件可以在其他模块中应用，从而完成从零件设计到模具设计、模具检测、模具装配图及二维工程图等所有的工程设计。
模具成型零件的三维模型还可用于CAM，编制NC加工程序。
研究要点通过两个简单实例，介绍模具设计的基本方法和一般流程。
复Pro/ENGINEER的拉伸、扫描和旋转特征的使用。
创建分型面是模具设计最重要也是最关键的环节。
创建分型面主要使用曲面特征。
通过实例练，掌握用Pro/ENGINEER软件进行模具设计的基本方法和一般流程。
实例1：单分型面的模具设计设计塑料盆的注塑模具。
制品材料为AB塑料，模具结构采用单型腔直接浇口。
1.建立模具模型为方便使用、修改和管理等操作，为每套模具单独设置文件夹，并将工作目录设置为此文件夹。
文件夹名和路径不能包含中文字符。
2.设计塑料盆使用旋转特征在FRON面草绘如图所示截面。
拔模15度，拔模曲面为高度为97的圆柱面，拔模枢轴为环状表面，拖拉方向向轴线，按图示尺寸倒圆角，抽壳3.3.创建新的模具模型文件新建零件：washbasin+学号后4位。
选择新建模具型腔，文件名为washbasin+学号后4位，不使用缺省模板。
4.加入参照模型和工件5.设置收缩率小幅度改写后：随着市场竞争的加剧和生活水平的提高，产品越来越注重个性化和时尚化，更新换代速度也在加快。
因此，模具生产周期、质量和成本都需要更高的要求。
为满足这种需求，Pro/ENGINEER中的MoldSign模具设计模块应运而生。
板料成形脸盆的DYNAFORM模拟分析报告
脸盆的零件图1、导入模型启动dynaform5.6后，选择菜单栏“File/Import”命令，依次将之前用UG建立的“DIE.igs”下模模型文件和"BLANK.igs"坯料轮廓文件导入到数据库中，如图1-1所示。
完成导入文件后，观察模型显示如图1-2所示。
图1-1 导入文件对话框图1-2 导入模型文件2、编辑零件选择菜单“Part/Edit”命令，弹出如图2-1所示的“Edit Part”对话框，修改各零件层的名称、编号和颜色，将毛坯层命名为“BLANK”，将下模层命名为“DIE”，修改后如图2-2所示，单击OK按钮确定。
图2-1 零件编辑对话框图2-2 编辑零件3、参数设定选择”Tool/Analysis Steup“命令，弹出“Analysis Steup”对话框在成型类型Draw Type的下拉菜单中选择双动（Double action),按照图3-1更改相应设置，点击“OK”按钮退出对话框。
图3-1 分析参数设置对话框4、网格划分（1）DIE层网格的划分设定当前零件层为DIE层，在工具栏中点击按钮，弹出如图4-1所示的对话框，点击“BLANK 2”将BLANK层关闭。
图4-1 关闭零件“BLANK”对坯料零件“DIE”进行网格划分，选择菜单中的“Preprocess/Element”命令，弹出“Element”对话框，如图4-2所示。
然后选择按钮，弹出4-3所示的对话框，设置成图4-3所示的参数。
点击“Select Surfaces”按钮，在弹出的对话框中点击“Displayed Surf”按钮选择需要划分的曲面，如图4-4所示，此时“DIE”将高亮显示，点击“OK”按钮选择完毕自动退回到Surface Mesh 对话框中，依次单击“Apply”“Yes”“Exit”“OK”按钮完成网格的划分，划分完后，效果如图4-5所示图4-2“Element ”对话框 图4-3 “Surface Mesh ”对话框图4-4“Select Surfaces ”对话框图4-5 DIE划分网格单元结果图（2）BLANK层网格的划分在工具栏中点击按钮，弹出如图4-6所示的对话框。
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脸 盆 模 具 设 计 与 温 度 场 的 有 限元分 析
伍晓红 ， 郭宝穗 辽 宁轨 道 交通 职业学 院（ 辽 宁沈 阳 １ １ ０ ０ ２ ３ ）
【 摘要 】 塑料注射成型是 热塑性 塑料最常见的成型方 法之一， 注射模分别从 浇注系统 、 脱模
结构 、 成型零件 、 排 气系统 、 温控调节 系统等方 面介绍 了盆类 塑料件 的模具设计 方法和要 点； 脸盆在生产过程 中， 温度很 重要 ， 模 具型腔 中的高温液体 聚丙烯冷却凝 固后 才能开模 这就要 求聚 丙烯注射后设置的冷却 时间要合 理。对脸 盆模 具进行 了温度 场分析 ， 在有 限
ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｌ ｄ ｍｕ ｓ ｔ ｂ ｅ ｏ ｐ ｅ ｎ ｅ ｄ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｌ ｉ ｑ ｕ ｉ ｄ ｐ ｏ ｌ ｙ ｐ ｒ ｏ ｐ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ ｃ ｏ ａ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｓ ｏ
元分析软件 中进行建模 ， 充分考虑钢板和聚 丙烯 Ｐ Ｐ 材料 的导热 系数 、 比热容等 ， 对 整个模
型进行 了瞬 态温度场的有 限元模拟 ， 得 出了温度场分布云图， 由所得 的注射脸盆的温度 场 分布云 图确定高温聚 丙烯冷却时间的设置是 否合理。 关键词 ： 注射模； 聚 丙烯； 冷却； 温度 场； 有 限元分析 中图分类号 ： Ｔ Ｑ ３ ２ ０ ． ６ ６ 文献标识码 ： Ｂ
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｉ ｎ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｏ ｌ ｄ ； Ｐ Ｐ； ｃ ｏ ａ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ； ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ； Ａ Ｎ Ｓ ＹＳ
１ 引 言 小， 对温度控制要求较严格 ； 塑件形状带有较大锥度 ，
加 之盆边结构 ， 塑件 滞 留在定模一侧 倾 向大 ， 模具设 计具有典型性 。塑件形状 、 尺寸如 图 １ 所示 ， 最大尺寸
为￣ ｂ ２ ９ ５ × １ １ ０ ． ９ ｍｍ， 壁 厚 尺 寸 自上 而 下 ， 从２ ． ５ ａｍ到 ｒ