使用建模和可视化来优化混合工具制造技术

本发明专利技术提供了用于设计和优化工具的系统和方法。提供由处理器实现的计算流体动力学(CFD)模拟模型，以模拟所述工具内部的流体流动从而生成所述工具内部的流体的颗粒密度分布。将所述颗粒密度分布转换为所述混合物的流体浓度的空间分布，这允许对所述工具中的流体流动进行高分辨率可视化。流动进行高分辨率可视化。流动进行高分辨率可视化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用建模和可视化来优化混合工具

技术介绍

[0001]用于粘合剂和密封剂的诸如混合器或搅拌器的混合工具被广泛使用。混合器可商购获得以用于二元粘合剂。静态或动态混合器是用于连续混合流体材料的精密设计的设备，该流体材料不具有或具有移动组分。通常，待混合的流体是液体，但混合器也可用于混合气体流，将气体分散到液体中或共混不可混溶的液体。混合所需的能量来自流体流过静态混合器时的压力损失。混合器的一种设计是板式混合器，并且另一种常见的设备类型由包含在圆柱形(管状)或方形壳体中的混合器元件(例如，旋转螺杆)组成。

技术实现思路

[0002]期望优化混合工具以改进混合性能和质量，以及最小化浪费。本公开提供了用于使用建模和可视化来优化和设计混合工具的系统和方法。
[0003]在一个方面，本公开描述了一种优化混合工具以混合多种流体材料从而获得混合物的方法。所述方法包括：用第一数字三维(3D)模型表示所述混合工具的第一几何形状；将所述第一数字3D模型提供给由处理器实现的计算流体动力学(CFD)模拟模型，以模拟所述多种流体的混合过程从而生成所述混合工具内部的所述混合物的颗粒密度分布；将所述混合物的所述颗粒密度分布转换为所述混合物的流体浓度的第一空间分布；在使用所述混合工具混合所述多种流体时，测量所述混合工具内部的所述混合物的流体浓度的第二空间分布；以及比较流体浓度的所述第一空间分布和所述第二空间分布，以确定所述第一空间分布和所述第二空间分布是否彼此匹配。
[0004]在另一方面，本公开描述了一种用于设计和优化工具的计算机实现的方法。所述方法包括：用第一数字3D模型表示所述工具的第一几何形状；将所述第一数字3D模型提供给由处理器实现的计算流体动力学(CFD)模拟模型，以模拟所述工具内部的流体流动从而生成所述工具内部的一种或多种流体的颗粒密度分布；将所述颗粒密度分布转换为所述混合物的流体浓度的空间分布；以及在图形用户界面(GUI)中可视化流体浓度的所述空间分布和流体浓度的所测量空间分布。
[0005]在另一方面，本公开描述了一种用于设计和优化工具的计算机实现的系统。所述系统包括：用于用第一数字3D模型表示所述工具的第一几何形状的模块；用于将所述第一数字3D模型提供给由处理器实现的计算流体动力学(CFD)模拟模型以模拟所述工具内部的流体流动从而生成所述工具内部的一种或多种流体的颗粒密度分布的模块；用于将所述颗粒密度分布转换为所述混合物的流体浓度的空间分布的模块；以及用于在图形用户界面(GUI)中可视化流体浓度的所述空间分布和流体浓度的所测量空间分布的模块。
[0006]在本公开的示例性实施方案中获取各种意料不到的结果和优点。本公开的示例性实施方案的一个此类优点是，系统和方法可通过模拟数据的高清晰度可视化来执行用于工具设计和优化的多重比较。
[0007]粘合剂的性能取决于多个部分的分配过程中的混合质量。混合器头设计对于实现目标混合性能，以及对于在分配期间最小化浪费和压降两者至关重要。本文所述的方法和
系统也可应用于具有相对高粘度的其它混合系统，诸如密封剂混合、牙科粘合剂等。
[0008]已总结本公开的示例性实施方案的各种方面和优点。上面的
技术实现思路
并非旨在描述本公开的当前某些示例性实施方案的每个例示的实施方案或每种实施方式。下面的附图和具体实施方式更具体地举例说明了使用本文所公开的原理的某些优选实施方案。
附图说明
[0009]结合附图考虑到以下对本公开的各种实施方案的详细说明可以更全面地理解本公开，其中：
[0010]图1A是根据一个实施方案的设计和优化混合工具的方法100的流程图。
[0011]图1B是根据一个实施方案的用于设计和优化混合工具的系统的图表。
[0012]图2是根据另一个实施方案的验证混合工具的模型的方法的流程图。
[0013]图3A是根据一个实施方案的示出在混合工具中混合两种流体的数字3D模拟的示意图。
[0014]图3B是根据一个实施方案的示出在混合工具中混合两种流体的数字3D模拟的示意图。
[0015]图3C是来自图3B的数字3D模拟的颗粒密度分布的数字3D可视化的屏幕截图。
[0016]图3D是根据一个实施方案的图3B的数字3D模拟的一部分的示意图。
[0017]图4示出了目标混合比率为N1∶N2＝2∶1的示例性混合物的混合指数M
P
相对于局部重量分数f1的线图。
[0018]图5A是根据一个实施方案的混合工具的数字3D模型中的混合指数分布的横截面图。
[0019]图5B是图5A的数字3D模型中的流体B的模拟流体浓度的横截面图。
[0020]图5C是来自载有颗粒的实验CT扫描的流体B的所测量流体浓度的横截面图。
[0021]图6A是根据一个实施方案的混合工具的数字3D模型中的混合指数分布的横截面图。
[0022]图6B是图6A的数字3D模型中的流体B的模拟流体浓度的横截面图。
[0023]图6C是来自载有颗粒的实验CT扫描的流体B的所测量流体浓度的横截面图。
[0024]图7示出了动态混合器的混合指数相对于不同RPM下的距离的线图。
[0025]图8示出了针对动态混合器的不同设计的混合指数相对于不同RPM下的距离的线图。
[0026]在附图中，相似的附图标号指示相似的元件。虽然可不按比例绘制的上面标识的附图阐述了本公开的各种实施方案，但还可想到如在具体实施方式中所提到的其它实施方案。在所有情况下，本公开以示例性实施方案的表示的方式而非通过表述限制来描述当前所公开的公开内容。应当理解，本领域的技术人员可想出许多其它修改和实施方案，这些修改和实施方案落在本公开的范围和实质内。
具体实施方式
[0027]本专利技术提供了用于设计和优化工具的系统和方法。提供由处理器实现的计算流体动力学(CFD)模拟模型，以模拟工具内部的流体流动从而生成正在工具内部混合的一种或
多种流体的颗粒密度分布。将颗粒密度分布转换为混合物的流体浓度的空间分布，并且在图形用户界面(GUI)中进行可视化，以允许对工具中流体流动的任何空间分辨不连续变量进行高分辨率可视化。
[0028]图1A是根据一个实施方案的设计和优化混合工具的方法100的流程图。方法100可用于优化混合工具或开发用于新粘合剂的新混合工具，该新粘合剂需要期望的混合以实现优化的性能。所得混合工具可获得新的或增强的混合特性，包括例如更高的均匀性、更少的未固化点、更低的压降、更少的材料浪费、具有更高强度的反应性界面材料等。
[0029]在110处，计算流体动力学(CFD)模拟模型可由计算设备(诸如例如处理器)实现，以模拟任何给定混合工具内部的多种流体的混合过程。混合工具的几何形状可由数字三维(3D)模型表示。数字3D模型可为用于计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工程(CAE)或其它合适应用的电子文件的形式。混合工具的一个示例性数字3D模型在图3C所示的图形用户本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设计和优化混合工具以混合多种流体材料从而获得混合物的方法，所述方法包括：用第一数字3D模型来表示所述混合工具的第一几何形状；将所述第一数字三维(3D)模型提供给由处理器实现的计算流体动力学(CFD)模拟模型，以模拟所述多种流体的混合过程从而生成所述混合工具内部的所述混合物的颗粒密度分布；将所述混合物的所述颗粒密度分布转换为所述混合物的流体浓度的第一空间分布；在使用所述混合工具混合所述多种流体时，测量所述混合工具内部的所述混合物的流体浓度的第二空间分布；以及比较流体浓度的所述第一空间分布和所述第二空间分布，以确定所述第一空间分布和所述第二空间分布是否彼此匹配。2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一空间分布和所述第二空间分布彼此匹配时，验证所述CFD模拟模型。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一空间分布和所述第二空间分布分别由第一组等值面和第二组等值面表示，并且在所述第一组等值面和所述第二组等值面的相应形状和分布彼此匹配时，验证所述CFD模拟模型。4.根据权利要求2所述的方法，还包括使用经验证的CFD模拟模型将所述混合工具的所述第一几何形状优化为第二几何形状。5.根据权利要求4所述的方法，还包括用第二数字3D模型表示所述第二几何形状。6.根据权利要求5所述的方法，还包括将所述第二数字3D模型提供给经验证的CFD模拟模型以模拟所述多种流体的所述混合，以及经由所述处理器实现所述CFD模拟模型以生成所述混合工具内部的所述混合物的经更新的颗粒密度分布。7.根据权利要求6所述的方法，还包括将所述混合物的所述经更新的颗粒密度分布转换为所述混合物的流体浓度的经更新的空间分布。8.根据权利要求7所述的方法，还包括基于所述混合物的流体浓度的所述经更新的空间分布来确定混合指数的空间分布。9.根据权利要求8所述的方法，还包括在图形用户界面(GUI)中可视化流体浓度的所述空间分布和混合指数的所述空间分布中的至少一者，以指导用户确定所述多种流体是否被均匀混合。10.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一空间分布和所述第二空间分布彼此不匹配时，调整所述CFD模拟模型以生成所述混合物的经更新的颗粒密度分布。11.根据权利要求1所述的方法，其中将所述混合物的所述颗粒密度分布转换为流体的所述第一空间分布包括：通过对表示所述颗粒密度分布的颗粒的相邻离散流体进行加权来计算给定点处的流体浓度。12.根据权利要求1所述的方法，其中比较所述第一空间分布和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：付东，古斯塔沃，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：