本案例演示使用Fluent Materials Processing workspace模拟三维吹塑过程。

注：本案例为beta功能案例。

”

1 问题描述

本案例模拟了典型的泡罩热成型情况。生产工艺类似下面这种。

下图所示为初始工艺配置，其中蓝色为聚合物板，红色为模具。为了减少计算运行时间，并利用泡罩的对称性，仅对泡罩/模具的四分之一模型进行模拟。

初始板的长度为0.015 m，宽度0.05 m，厚度0.0005 m。

本案例演示了由若干层组成的聚合物板的模拟，这与包装食品或药物的情况一样，其中一层提供机械阻力，另一层提供防潮层。与泡罩的长度/宽度相比，层的厚度相当小。这允许使用膜（壳）单元，该组件适用于三维吹塑和热成型模拟分析。膜单元的使用目前仅限于瞬态流动，并与拉格朗日法相结合（每个网格节点都是一个材料点）。节点位移是节点速度时间积分的结果。

膜板的材料属性：

• 第一层粘度5500 Pa-s；第二层粘度4000 Pa-s
• 第一层密度975 kg/m3；第二层密度1100 kg/m3
• 第一层初始厚度0.0002 m；第二层初始厚度0.0003 m

包含4个边界条件：

• Boundary 1：固定（夹紧边界）
• Boundary 2：固定（夹紧边界）
• Boundary 3：关于x轴的对称边界条件
• Boundary 4：关于y轴的对称边界条件

在代表薄膜的子域（Subdomain 1）上定义充气压力。

当考虑薄膜与模具接触时，通常会遇到两种情况：

• 移动的模具与壳体接触，壳体获得模具速度
• 外壳按照一定的速率膨胀，最终与模具接触，形成与模具相同的形状

2 Fluent设置

• 启动Fluent Launcher，选择**Materials Processing(Beta)**，进入Fluent

2.1 读取网格及建立仿真

• 点击按钮Polyflow Mesh… 弹出文件对话框，选择网格文件blister.msh

• 弹出的对话框中指定Mesh Length Unit为mm

计算网格如下图所示。

• 点击工具按钮Setup > Simulation > Use Template… 打开模板设置对话框

• 如下图所示设置参数
• 指定Number of Fixed Models为1
• 指定Number of Layers为2
• 指定Duration[s]为0.5
• 点击按钮Apply及Close

软件自动创建工作流，创建的模型树如下图所示。

2.2 General设置

• 点击模型树节点General，检查右侧面板中的各项参数，本案例采用默认值

2.3 Materials设置

• 点击模型树节点Materials，右侧面板中点击按钮Load from library打开材料数据库

• 如下图所示在材料数据库中选择材料BlowMolding_HDPE_isothermal_463K

• 相同方式选择材料BlowMolding_PP_isothermal_493K

• 右键选择模型树节点fluid-1，点击弹出菜单项Delete删除该材料

• 删除材料fluid-2

2.4 设置区域属性

• 点击模型树节点fluid-zone
• 右侧面板设置Zones为subdomain1
• 设置Inflation Pressure[Pa]为10000
• 激活选项Add Time Dependency (with UDF)
• 设置UDF Id为2

• 选择模型树节点moving-mold
• 右侧面板设置Zones为subdomain2
• 设置Vz[m/s]为0.01
• 激活选项Add Time Dependency (with UDF)
• 设置UDF Id为1

2.5 设置Layer属性

• 选择模型树节点layer-of-fluid-1
• 设置Material为**BlowMolding_HDPE_isothermal_463K **
• 指定Zones为subdomain1
• 指定A[m]为0.0002

• 选择模型树节点layer-of-fluid-1
• 设置Material为BlowMolding_PP_isothermal_493K
• 指定Zones为subdomain1
• 指定A[m]为0.0003

2.6 设置流动边界条件

• 选中模型树节点fixed-edges，如下图所示设置参数，指定Boudary Zones为boundary1与boundary2

• 选中模型树节点Fluid Boundary Conditions，点击右侧面板中的按钮New… 创建边界

• 如下图所示设置边界
• 指定Name为symmetry-1
• 设置Type为symmetry
• 指定Boundary Zone为boundary3
• 设置plane of Symmetry为Normal direction along X axis

• 如下图所示，采用相同方式指定boundary4为Y轴对称边界

2.7 设置接触边界条件

• 选中模型树节点contact-with-moving-mold
• 指定Fluid Zone of Contact为subdomain1
• 指定Mold Zone of Contact为subdomain2
• 其他参数保持默认设置

2.8 网格变形设置

• 选择模型树节点fluid-deformation，指定Zones为subdomain1，其他参数保持默认设置

2.9 网格自适应设置

• 选中模型树节点Adaptive Mesh，右侧面板中取消Enabled后方的选项

2.10 求解设置

• 选中模型树节点Derived Quantities，右侧面板中激活Extension，如下图所示

• 选中模型树节点Calculation Activities，右侧面板中激活选项Use User-Defined Function(UDF)，并点击下方按钮Load UDF File并加载文件blister.udf

文件内容如下，可以用记事本编辑，这里是用UDF定义了物理量随时间的变化关系，用的是类Scheme语言。

(deffunction piecewiselinear(?x1 ?y1 ?x2 ?y2 ?x)
        (bind ?dfdx (/ (- ?y2 ?y1) (- ?x2 ?x1)))
    (bind ?val (+ ?y1 (* ?dfdx (- ?x ?x1))))
        ?val
)

(deffunction UDF1 (?t)
  (if (<= ?t 0.097) then
     (bind ?Val 1.0)
   else
     (if (>= ?t  0.103) then
       (bind ?Val 0.0)
      else
       (bind ?Val (piecewiselinear 0.097 1.0 0.103 0.0 ?t))
     )
  )
?Val
)

(deffunction UDF2 (?t)
  (if (<= ?t 0.1) then
     (bind ?Val 0.0)
   else
     (if (>= ?t  0.11) then
       (bind ?Val 1.0)
      else
       (bind ?Val (piecewiselinear 0.1 0.0 0.11 1.0 ?t))
     )
  )
?Val
)

• 选中模型树节点Run Calculation，点击右侧面板中的Calculate开始计算

3 计算结果

• 查看最终时刻薄板的厚度分布

• 可以看厚度随时间的变化

案例文件：

链接：https://pan.baidu.com/s/1YibW382_luArorlq3-Y4Cw?pwd=d2bu 提取码：d2bu

”

（完）