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饮料瓶设计及制造工艺仿真优化系统的研究与开发

作　者: 潘亚月
导　师: 潘晓弘
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 粘弹性力学模型 FEM数值模拟拉伸吹塑工艺优化软件集成
分类号: TB482
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

论文结合浙江省制造业信息化工程重大科技攻关项目“食品饮料机械产品数字化设计与制造集成平台的开发与应用”,对PET材料粘弹性能表征,PET瓶拉伸吹塑数值模拟,PET瓶设计、加工工艺优化等关键技术进行研究,对CAD/CAM,CFD,PDM等系统进行了集成,设计与开发了一个饮料瓶设计及制造工艺仿真优化系统。第一章介绍了论文研究的背景、对象和目标。国内外相关研究现状表明,PET饮料瓶的设计与制造工艺过程中大多依赖个人经验,数值模拟对饮料瓶设计与生产至关重要。本文讨论了数值模拟的研究现状,提出了论文研究的主要内容,并给出了论文的组织结构。第二章研究了饮料瓶设计及制造工艺FEM仿真优化的总体技术。提出了用FEM仿真对饮料瓶设计、拉伸吹塑工艺进行优化的过程及方法,实现优化的几个关键技术包括有限元数值模拟技术和PET材料粘弹性力学模型的建立等。第三章研究了PET粘弹性力学模型的建立。首先建立了力学模型,然后针对模型中的几个关键参数的获取过程,展开介绍了PET粘弹性的实验测量方法,研究了如何在实验数据的基础上计算得到松弛时间谱,以确定力学模型中的粘弹参数,来描述PET材料拉伸吹塑过程中的粘弹性能。第四章研究了PET饮料瓶拉伸吹塑数值模拟技术。PET瓶拉伸吹数值模拟过程包括拉伸吹塑实体模型建立、网格划分和仿真模型建立三部分,探讨了在PET瓶拉伸吹塑有限元数值模拟过程中的实体模型建立方法,网格划分原则,仿真模型选取等问题。研究并总结出了优化策略库,最后例举出了一个实例,演示了根据优化策略库和FEM仿真,对饮料瓶设计及制造工艺进行优化的过程。第五章和第六章分别介绍了一个饮料瓶设计及制造工艺仿真优化的设计方案和运行实例。最后对论文的研究工作进行了总结和展望。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究背景、范围与意义  10-12
    1.1.1 研究背景  10-11
    1.1.2 研究范围  11
    1.1.3 研究目标与意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-19
    1.2.1 拉伸吹塑数值模拟的研究现状  12-15
    1.2.2 PET材料性能的研究现状  15-17
    1.2.3 研究现状总结  17-19
  1.3 论文的研究内容和组织结构  19-20
第二章饮料瓶设计及制造工艺仿真优化总体技术  20-38
  2.1 饮料瓶设计及制造工艺仿真优化过程  20-23
  2.2 饮料瓶设计及制造工艺仿真优化系统的总体框架  23-25
  2.3 饮料瓶设计及制造工艺仿真优化系统的几项技术  25-36
    2.3.1 计算流体动力学分析  25-26
    2.3.2 有限元法离散化技术  26-27
    2.3.3 网格及其生成方法概述  27-28
    2.3.4 粘弹性表征方法─本构方程  28
    2.3.5 PET粘弹性实验数据的快速处理算法  28-31
    2.3.6 与FEM仿真软件的集成方法─journal技术  31-34
    2.3.7 饮料瓶设计及制造工艺仿真优化方法  34-36
  2.4 本章小结  36-38
第三章 PET粘弹性力学模型研究  38-52
  3.1 PET粘弹性力学模型  38-39
  3.2 PET的粘弹性测量  39-43
    3.2.1 粘弹性测量的目的  39-40
    3.2.2 粘弹性测量方法  40-41
    3.2.3 DMA实验测量方案  41-42
    3.2.4 DMA实验测量结果  42-43
  3.3 PET离散松弛时间谱的确定  43-50
    3.3.1 松弛时间谱的研究意义  43-44
    3.3.2 离散松弛时间谱的定义  44
    3.3.3 离散松弛时间谱的计算  44-49
    3.3.4 离散松弛时间谱的其他计算方法  49-50
    3.3.5 其他实验数据快速处理算法  50
  3.4 本章小结  50-52
第四章 PET瓶拉伸吹塑FEM仿真研究  52-81
  4.1 PET瓶拉伸吹塑FEM仿真的总体过程  52-57
    4.1.1 仿真软件介绍  52-54
    4.1.2 PET瓶拉伸吹塑FEM仿真过程  54-57
  4.2 CAD建模  57-61
    4.2.1 饮料瓶拉伸吹塑模拟的实体建模方法  57-58
    4.2.2 饮料瓶拉伸吹塑模拟的实体建模技巧  58-60
    4.2.3 饮料瓶拉伸吹塑模拟实体建模的常见问题及解决方案  60-61
  4.3 网格生成  61-65
    4.3.1 饮料瓶拉伸吹塑模拟的网格生成方法  61
    4.3.2 饮料瓶拉伸吹塑模拟的网格生成技巧  61-63
    4.3.3 饮料瓶拉伸吹塑模拟的网格生成的常见问题及解决方案  63-65
  4.4 仿真模型建立  65-72
    4.4.1 PET瓶拉伸吹塑仿真本构方程建立  65-67
    4.4.2 PET瓶拉伸吹塑仿真工艺条件设置  67-68
    4.4.3 PET瓶拉伸吹塑仿真计算条件设置  68-71
    4.4.4 PET瓶拉伸吹塑仿真建模中的常见问题及解决方案  71-72
  4.5 PET瓶设计及制造工艺FEM仿真优化实例演示  72-76
    4.5.1 实体建模  72-73
    4.5.2 网格划分  73
    4.5.3 仿真建模  73-75
    4.5.4 仿真结果  75-76
    4.5.5 结果分析  76
  4.6 PET瓶拉伸吹塑FEM仿真结果分析及工艺优化策略  76-79
    4.6.1 仿真计算结果分析方法  76-78
    4.6.2 仿真工艺与成型瓶子质量的关系  78-79
    4.6.3 仿真结果的验证问题  79
  4.7 本章小结  79-81
第五章饮料瓶设计及制造工艺仿真优化系统研发  81-99
  5.1 系统总体结构  81-84
  5.2 实体建模功能  84-87
    5.2.1 实体建模流程  84-85
    5.2.2 实体建模数据流  85-87
    5.2.3 实体建模子系统功能结构  87
  5.3 网格建模功能  87-90
    5.3.1 网格建模流程  87-88
    5.3.2 网格建模数据流  88-89
    5.3.3 网格建模子系统功能结构  89-90
  5.4 仿真建模功能  90-93
    5.4.1 仿真建模流程  90-91
    5.4.2 仿真建模数据流  91-92
    5.4.3 仿真建模子系统功能结构  92-93
  5.5 仿真结果分析功能  93-96
    5.5.1 仿真结果分析流程  93-94
    5.5.2 仿真结果分析数据流  94-95
    5.5.3 仿真结果分析子系统功能结构  95-96
  5.6 数据管理功能  96-97
  5.7 帮助功能  97
  5.8 系统数据项和数据结构  97-99
第六章饮料瓶设计及制造工艺仿真优化原型系统实例  99-115
  6.1 系统开发环境的设置  99
  6.2 系统界面  99-115
    6.2.1 系统主界面  99-101
    6.2.2 实体建模子系统  101-104
    6.2.3 网格建模子系统  104-106
    6.2.4 仿真建模子系统  106-107
    6.2.5 仿真结果子系统  107-112
    6.2.6 数据管理子系统  112-113
    6.2.7 帮助子系统  113-115
第七章总结和展望  115-117
  7.1 总结  115-116
  7.2 展望  116-117
参考文献  117-124
附录A 数据项和数据结构  124-130
作者攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加科研情况  130-131
致谢  131

饮料瓶设计及制造工艺仿真优化系统的研究与开发

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