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十年磨一剑 赶超国际先进水平 —— 访华中科技大学模具技术国家重点实验室教授 李德群 《机械工人》记者 魏莹 华中科技大学材料学院院长、模具技术国家重点实验室教授李德群在5月召开的中国国际模具技术论坛上作了关于“注塑成形流动模拟技术的新进展”的演讲，并在会上演示了他们最新开发的三维真实感注塑成形流动分析软件，得到了与会者的一致好评。会后本刊记者（以下简称“记”）对李德群教授（以下简称“李”）进行了专访。 记：您们开发的注塑成形流动分析软件对模具行业有什么帮助？ 李：我们软件的分析结果能直接指导注射成形工艺参数的选定、优化模具浇注系统、大大缩短试模和修模的时间、显著地提高塑料制品的质量、降低成本、减少模具的进口、推动模具行业的科技进步。 记：能简介一下您们软件的开发历程和技术水平吗？ 李：作为国家“八五”攻关重点科技项目，从1991年到1995年经过了五年的攻关，本项目1996年通过部级鉴定，结论为达到了90年代初国际先进水平。“九五”期间在国家自然科学基金和其它课题基金的资助下，本项目不断地改进、应用和推广，经历了从二维分析到三维分析，从局部试点到大面积推广应用的历程。经过十余年的努力，我们开发出独具特色、达到和部分超过当前国际先进水平的三维注塑成形仿真系统。 记：您们软件的创新体现在哪些方面？ 李：我们软件的创新主要体现在五个方面。创新点之一是解决了用三维实体模型取代中心层模型的关键性技术难题。传统的注塑成形仿真软件基于的是制品的中心层模型，而模具设计多采用三维实体模型，由于两者模型的不一致，二次建模不可避免。但是从三维实体中抽象出中心层面是一件十分困难的工作，提取过程非常繁琐费时，因此设计人员对仿真软件有畏难情绪，这已成为注射仿真软件推广应用的瓶颈。我们的系统能直接在三维实体模型上划分网格，通过表面配对和引入新的边界条件保证对应表面的协调流动，实现了基于三维实体模型的分析，并显示三维分析结果，突破了仿真系统推广应用的瓶颈。创新点之二是有限元/有限差分/控制体积方法的综合运用。注塑制品都是薄壁制品，制品厚度方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸，温度等物理量在厚度方向的变化又非常大，若采用单纯的有限元或有限差分方法势必造成分析时间过长，无法满足模具设计与制造的实际需要。我们在流动平面采用有限元法，厚度方向采用有限差分法，分别建立了与流动平面和厚度方向尺寸相适应的网格并进行耦合求解，在保证计算精度的前提下使得计算速度满足了工程的需要，并采用控制体积法解决了成形中的移动边界问题。对于内外对应表面存在差异的制品，划分为两部分体积并各自形成控制方程，通过在交接处进行插值对比保证这两部分的协调。创新点之三是数值计算与人工智能技术的结合。输入参数的合理性是数值分析获得正确结果的前提，我们通过人工智能技术获得了注射时间的优化和分级注射的优化，保证了输入参数的合理性，并采用专家系统技术自动生成分析结果报告，缩短了用户需求与分析结果之间存在的距离，将仿真软件由传统的“被动式”计算工具提升为“主动式”的优化系统，本系统对前后置处理的全面支持具有独创性。创新点之四是实现了制品与流道系统的三维流动保压集成分析。流道系统一般采用圆柱体单元，而制品采用的是三角形单元，我们采用半解析法解决了混合单元的集成求解问题，这样我们的系统不仅能分析一模一腔大型复杂的制品，而且能够分析一模多腔小型精密制品，大大拓宽了系统的使用范围。创新点之五是完成了塑料制品熔合纹预测的高效算法。熔合纹对制品的强度、外观等有重要影响，准确预测熔合纹位置是仿真软件的难题，我们通过节点特征模型方法大大提高了熔合纹预测的准确性和效率，其准确度高于国际上同类产品的先进水平。并利用神经网络方法对熔合纹的影响程度作出定性评价，为用户对成形质量的评估提供了直接的判据。 记：您们采用了实验的办法对软件的预测精度进行了测试吗？ 李：我们在1996年和2000年先后两次通过实验模具对软件进行了测试。在1996年鉴定前通过方杯试验模具表明，流动阶段最大相对误差为13.2%,保压误差为8%,均在15%工程允许误差之内。经数学模型和算法的不断改进，2000年通过条料试验模具表明，流动误差为8.6％，保压误差为5.5％，达到平均误差在10％以内的世界先进水平。 记：您们软件的推广应用情况如何？ 李：我们的软件目前已在50多家用户中推广应用，装机数已达400余套，通过推广应用，在企业中已产生显著的经济效益，推动了塑料模具行业的科技进步。 记：社会效益显著吗？ 李：我们的软件已在上海交通大学、郑州大学、华东理工大学、厦门大学、汕头大学等十多所院校成功应用，培养了一大批掌握了模具CAD/CAE的专门人才。我们还创办了E－mold网站，开办了网上注塑模具CAE培训班，目前共有1400多名学员在网上培训学习。围绕着本项目的研究开发，在国内外共发表学术论文130余篇，其中英文论文10余篇，8篇为三大索引所收录，出版教材和专著5本，其中一本在英国出版。本项目1996年被授予国家“八五”科技攻关重大成果称号，基于本项目的教材1996年获机械工业部优秀教材一等奖，2001年本项目获中国高校科技进步一等奖。 记：能告诉我您们下一步的工作计划吗？ 李：刻意创新、追求完美，我们将进一步扩大系统在国内塑料及模具行业的应用，积极参与国际竞争，创立国际知名品牌。
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