玻璃吹制成型具有成型动作精确、高效和稳定的特点,是使用最广泛、最有效的成型工艺之一。但在实际生产中存在初模设计全凭经验、试模周期长以及如何实现产品轻量化与结构化等问题,一些关键现象如扑气环缺陷和壁厚分布缺乏定量的调控手段。在全球高度重视低碳经济、绿色制造的背景下,上述问题严重制约着高耗能玻璃行业的转型升级与节能减排,成为企业发展的主要瓶颈。利用数值模拟技术解决玻璃吹制成型当前存在的问题是发展趋势,受到国内外学界和业界的高度关注。然而,目前关于吹制成型理论和算法的研究还不够系统、全面和深入；受制于玻璃行业固有的严格保密机制,缺乏来源于生产中的基础数据,模拟很难用于指导实际生产。迄今为止,在世界范围内尚未有一款专业的商业化CAE软件可以用来分析模拟吹制成型的全过程。论文以数值模拟——实际验证——指导生产实践为主线,系统地开展玻璃吹制成型理论与算法研究,目标是开发出能用于指导生产实践的吹制成型模拟软件。论文研究工作包括以下方面：1.根据吹制成型特点,将玻璃熔体流动行为归结为拉格朗日描述；基于量纲分析,系统地建立了玻璃吹制成型过程熔体流动与模具传热的控制方程。熔体黏度控制采用修正的Vogel-Fulcher模型,并考虑了黏度对剪切速率的响应。2.利用Galerkin法推导得到了熔体流动的速度场和压力场求解有限元方程。求解区域被离散为矩形和三角形单元,在初模成型和成模成型中分别采取每个计算步熔体网格均重划和先形状检测、再判断是否重划的策略,最大限度地减少了网格重划对计算效率的影响。3.玻璃吹制成型传热属典型的“急冷急热”问题,通过在熔体与模具接触面上引入界面单元,建立了热—流—固耦合模拟的求解方程。采用扇形分区法实现了温度场的快速重构；实验和数值计算相结合,确定了模具与熔体、空气间的换热系数,模拟的模具温度与实验测量值具有较好的吻合度。4.以Visual C++为平台开发完成了玻璃吹制成型数值模拟软件GlassCAE,累计完成计算程序代码开发三万余行。通过模拟分析发现：在连续生产条件下,模具绝大部位的温度没有明显变化,但型腔壁附近的温度却有大幅的周期性变化；首次通过模拟手段揭示了初坯温度分布在扑气环附近存在突变,该突变是由扑气环上下两段料与模具接触时间不同所造成,是吹制成型工艺固有的缺陷；阐明了扑气环缺陷产生的机理,即两段料温差导致初坯不一致的膨胀所造成。5.开展了绿色、茶色和普白三种料色产品模拟壁厚与实测壁厚对比验证,模拟的平均准确度分别达到了84.52%、83.95%和85.48%。表明论文在理论建模、算法设计、程序实现以及软件系统集成方面的研究工作是合理可行、可靠的,软件能真实地模拟玻璃吹制成型全过程,对生产具有指导意义。6.针对普通重量产品开展了轻量化与结构化模拟优化研究,使产品壁厚更趋均匀化,轻重量指数从1.52降至1.34,达到轻量级标准；经结构性能实验测试,轻量化后产品性能完全符合GB4544-1996的强制性要求,实现了产品轻量化与结构化的目的,表明软件能为产品的轻量化结构化设计提供指导。论文系统、全面地建立了吹制成型熔体流动与模具传热的控制方程,丰富和发展了玻璃成型加工理论,开发完成的玻璃吹制成型模拟软件GlassCAE经过了实践验证,对生产具有重要的指导意义。