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于明豪,黄菀清,李征,阮诗伦,刘春太,申长雨.针对注塑成型随形冷却的流热力耦合拓扑优化方法研究[J].计算力学学报,2021,38(4):505~511
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针对注塑成型随形冷却的流热力耦合拓扑优化方法研究
Fluid-thermal-mechanical coupling topology optimization for cooling system in injection moulding
投稿时间:2021-05-25  修订日期:2021-06-16
DOI:10.7511/jslx20210525412
中文关键词:  流热力耦合拓扑优化  注塑成型冷却管道  散热器设计
英文关键词:topology optimization of fluid-thermal-mechanical coupling problem  cooling channel for injection molding  heat sink design
基金项目:国家自然科学基金(11702053;11602050);111计划(B14013);工业装备结构分析国家重点实验室自主研究课题(S18110);中央高校基本科研业务费专项资金(DUT2019TD37)资助项目.
作者单位E-mail
于明豪 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024  
黄菀清 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024  
李征 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024  
阮诗伦 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024  
刘春太 郑州大学 橡塑模具国家工程研究中心, 郑州 450002  
申长雨 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024
郑州大学 橡塑模具国家工程研究中心, 郑州 450002 
shency@dlut.edu.cn 
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中文摘要:
      注塑成型在塑料工业生产中占据重要地位,注塑模具的散热能力影响着塑料制品的生产效率以及产品质量。本文基于变密度拓扑优化方法,以最小化结构平均温度为目标,研究了注塑模具冷却管道的拓扑优化问题。由于在注塑成型过程中模具会受到注塑机施加的克服塑件胀模力的巨大锁模力,故本文还将模具结构承载性能作为优化的评价指标。最终基于开源平台OpenFOAM对此三维流-热-力耦合拓扑优化问题进行求解,得到了具有制造可行性的冷却管道设计。
英文摘要:
      Injection moulding plays an important role in the production of plastics and the cooling performance of injection moulds affects the productivity as well as quality of plastic products as well as product quality. This paper investigates the topology optimisation of the cooling system for injection moulds based on the density-based topology optimisation approach with the objective of minimising the average temperature of the structure. As the mould is subjected to a large clamping force applied by the injection moulding machine to overcome the expansion force of the moulded part during the injection moulding process, the structural load-bearing performance of the mould is also used as a constraint function. Based on the open source platform OpenFOAM, this 3D flow-thermal-mechanical coupled topology optimisation problem is solved and a manufacturing-feasible cooling system design is obtained.
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