三、双面流技术

摒弃中面模型的最直接办法是采用三维有限元方法或三维有限差分方法来代替中面流技术中的二维有限元(流动方向)与一维有限差分(厚度方向)的耦合算法。三维流动模拟一直是当今塑料注射成型领域中的研究热点，其技术难点多、经历实践考验的时间短、计算量巨大、计算时间过长与中面流技术的简明、久经考验。计算量小、即算即得形成了鲜明的反差。在三维流动模拟技术举步维艰的时刻，一种既保留中面流全部技术特点又基于实体/表面技术模型的注塑流动模拟新方法――双面流技术悄然问世。其商品化软件的典型代表是我国华中科技大学模具技术国家重点实验室的HSCAE 3DRF5.0 ，称为三维真实感注塑成型流动分析系统以及澳大利亚MoldFlow公司的Part advisor，称为注塑制品顾问。

所谓双面流是指将模具型腔或制品在厚度方向上分成两部分，有限元网格在型腔或制品的表面产生，而不是在中面。相应的，与基于中面的有限差分法是在中面两侧进行不同，厚度方向上的有限差分仅在表面内侧进行。在流动过程中上下两表面的塑料熔体同时并且协调的流动，其模拟过程如图2所示。

显然，双面流技术所应用的原理与方法与中面流没有本质上的差别，所不同的是双面流采用了一系列相关的算法，将沿中面流动的单股熔体演变为沿上下表面协调流动的双股流。由于上下表面处的网格无法一一对应，而且网格形状、方位与大小也不可能完全对称，如何将上下对应表面的熔体流动前沿所存在的差别控制在工程上所允许的范围内是实施双面流技术的难点所在。

目前基于双面流技术的注塑流动模拟软件主要是接受三维实体/表面模型的STL文件格式。该格式记录的是三维实体表面在经过离散后所生成的三角面片。现在主流的CAD/CAM系统，如UG、Pro/E、SolidWorks、AutoCAD等，均可输出STL格式文件。这就是说，用户可借助于任何商品化的CAD/CAM系统生成所需制品的三维几何模型的STL格式文件，流动模拟软件可以自动将该STL文件转化为有限元网格模型供注塑流动分析，这样就大大减轻了用户建模的负担、降低了对用户的技术要求，对用户的培训时间也由过去的数周缩短为几小时。因此，基于双面流技术的注塑流动模拟软件问世时间虽然只有短短数年，便在全世界拥有了庞大的用户群，得到了广大用户的支持和好评。

    双面流技术具有明显优点的同时也存在着明显的缺点：分析数据的不完整。双面流技术在模拟过程中虽然计算了每一流动前沿沿厚度方向的物理量，但并不能详细地记录下来。由于数据的不完整，造成了流动模拟与冷却分析、应力分析、翘曲分析集成的困难。此外，熔体仅沿着上下表面流动，在厚度方向上未作任何处理，缺乏真实感。如图3所示，当在透明的模具型腔内作注塑流动时该缺点便暴露无遗。

图3   双面流技术应用于型腔流动时的缺陷

(a)流动初期；  (b)流动中期；  (c)流动末期；  (d)流动结束