聚合物熔体在曲线型异型材挤出口模内三维粘弹流动数值模拟

利用罚函数有限元法,采用PTT粘弹本构模型,对聚合物熔体在C形和Y形截面异型材挤出口模内的三维粘弹流动进行了数值模拟。在相同挤出流量下,得到了口模内不同截面上的速度和应力分布。对模拟结果的分析表明：异型流道中存在的突出棱角会使局部流道截面的有效流动面积减小,产生收敛效应,收敛角越大,收敛效应越强。因而要保证熔体稳定流动,过渡区与成型区流线必须平滑连接;异型流道中不同的部位熔体所受的剪切和拉伸应力都有所不同,熔体受力历史差异可能导致制品质地不均匀,挤出口模设计中必须考虑熔体受力史。     

不同收缩口模中聚合物熔体流变行为的数值模拟

挤出成型是聚合物加工工业中的一种重要成型方法。在挤出成型过程中，聚合物熔体在收缩口附近容易出现应力集中现象，从而导致最终制件的表面缺陷。以最终消除或减小表面缺陷为目的，基于数值模拟的方法，主要研究了口模的收缩外形对聚合物熔体流变行为的影响，包括具有不同收缩长度的V-型收缩口以及喇叭型收缩口。采用Rolie-Poly模型刻画聚苯乙烯熔体在4?1收缩流中的应力-应变关系，基于有限体积法及SIMPLE算法模拟了不同收缩长度条件下，聚苯乙烯熔体在V-型收缩口模以及喇叭型收缩口模中的主应力差、第一法向应力差、伸展率和速率。数值结果表明：V-型收缩口、喇叭型收缩口以及收缩长度的增大，都能有效改善收缩流中的应力集中现象，在收缩长度相同的条件下，喇叭型收缩口模具有更好的效果。     

聚合物双组分复合共挤成型的挤出胀大研究

以PP和PS两种聚合物为实验材料,使用截面为矩形、层比为1的双层共挤口模,实验研究了聚合物共挤成型过程中的挤出胀大现象.采用Phan-ThienandTanner(PTT)本构方程,建立了复合共挤口模内外熔体流动的三维黏弹数值模型,有限元模拟了共挤出的胀大过程,计算分析了熔体在口模内外的速度场及剪切速率分布.研究表明,在入口体积流量相同的情况下,两熔体挤出口模后,存在由黏度较低的PP向黏度较高的PS一侧偏转的现象,型材截面呈不对称畸变.数值模拟结果与实验结果较吻合,两种聚合物熔体的速度分布决定了共挤出胀大过程中熔体的偏转流动行为,口模出口处的剪切速率分布基本决定了挤出胀大后型材的截面形状.     

塑料异型材挤出流动的一种数值模拟方法

提出一种基于横截面法和流动路径法的异型材挤出成型中熔体在模头内流动的数值模拟方法。此方法的主要特点是三维流动问题转变为一个一维和一个二维问题求解,它可预测截面复杂的异型材挤出模头压力降和具有多个分支流道的挤出模头出口处物料的平均流速,并用实际算例说明了数值模拟的特点和用途。     

异型材挤出模头压力降的数值计算

介绍了一种基于横截面法的异型材挤出成型中熔体在模头内流动压力降的数值计算方法，可用于预测截面复杂的异型材挤出模头压力降，通过一个例子说明了数值计算结果的可靠性和用途。     

数值模拟橡胶挤出口模内熔体的非等温流动

使用CFD软件Polyflow,采用非等温的本构方程逆向挤出数字设计了汽车密封件橡胶口模.数值模拟该橡胶口模的挤出过程,数值计算了口模内橡胶熔体的非等温流场,讨论了温度对口模结构尺寸和橡胶熔体流变行为的影响.研究结果表明,沿熔体流动的方向,非等温熔体的平均速度和平均压力比等温的大,平均剪切应力和平均黏度都低于等温.与实际产品截面比较,非等温模拟的口模截面形状比等温的更接近实际情况,相对误差仅为1.63%.非等温的数值模拟更接近口模挤出的实际情况.采用非等温的本构方程设计口模将提高口模和产品的质量.     

二维注塑充模过程有限分析解

温度与压力的分布是影响注塑成型的很重要的因素，在充模过程中正确预测温度与压力的分布是注塑成型的关键性技术之一。该文以注塑模型中聚合物的流变行为的理论入手，根据流变学原理及粘弹性力学理论，建立了聚合物熔体在簿缝型内流动的压力方程和温度方程，推导出注塑成型充填过程的有限分析解；对两浇口同时进浇的二维矩形充填过程进行了模拟，现有文献中的实验结果相比较，模拟结果与实验结果一致，结果证明文中建立的方程有限分     

液晶高分子各向异性粘弹流体拉伸流动中拉伸粘度的解析计算研究

将聚合物熔体的挤出过程看作是剪切流动主导的剪切单元,采用用液晶聚合物熔体或溶液LCP-B本构方程;采用共转Oldroyd B流体模型计算出取向运动拉伸粘度的影响.无量纲拉伸粘度随松弛时间和剪切速率的变化曲线.得到了无量纲拉伸粘度随剪切速率之间变化关系.     

基于时温等效原理的热致形状记忆聚合物模型

基于粘弹性高分子理论和时温等效原理,对玻璃态热致型形状记忆聚合物的形状记忆过程进行模拟。将形状记忆聚合物的粘弹性应力应变响应分为依赖于应变的应力部分和依赖于时间的松弛部分。依赖于应变的应力部分采用不可压缩的Mooney-Rivlin超弹性模型,依赖于时间的松弛部分采用Prony级数表示。通过新的时温等效方程来考虑模量的温度相关性。模拟结果与实验的比较表明:模拟结果与实验吻合很好。     

用Wagner本构方程对聚合物挤出胀大的三维有限元分析

采用有限元方法分析粘弹性聚合物熔体的三维挤出胀大。采用积分型本构方程 Wagner模型描述聚合物熔体的粘弹性记忆特性 ,并引入了非线性衰减函数。对于本构方程中偏应力张量给出了计算方法 ,采用迭代方法求解非线性方程组。并根据自由面处的边界条件 ,确定出口处自由面的最终位置。对圆形流道进行分析 ,结果与轴对称分析和实验相吻合 ,最后对矩型流道进行计算 ,得出挤出物的形状     

气体辅助聚合物挤出中的二维等温粘弹流动的数值模拟

以圆棒挤出为例，采用通用的流体力学有限元软件FIDAP，以壁面剪切应力为零的边界条件代替气体辅助挤出过程中的气垫膜层的作用对新型挤出方式——气体辅助挤出二维等温流动进行了粘弹数值模拟，得出和分析了口模内外的流线、速度、压力、应力分布和挤出胀大率等模拟结果，并将模拟结果和传统挤出进行了对比．分析和对比表明：气辅挤出可以基本消除挤出胀大，和传统挤出时的速度场、压力场和应力场在口模出口处沿轴向和径向均变化剧烈，而口模内部变化平缓的情况相比，气辅挤出时在有气辅段内各处的流线、速度、压力、应力很快趋同，到出口处几乎完全一致，从而可有效消除挤出过程中的“鲨鱼皮”现象，提高挤出制品的表面质量。     

壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯过程的影响

 数值模拟了壁面条件对异向锥形双螺杆挤出硬质聚氯乙烯（RPVC）过程的影响。由Navier线性滑移定律确定螺杆壁面熔体所受的剪切应力与熔体滑移速度的关系,在不同壁面条件下,使用Polyflow软件的Eolution法,数值计算了异向锥形双螺杆计量段流道内RPVC熔体的体积流量和三维等温流场。结果表明,熔体在螺杆壁面无滑移时,螺杆流道内熔体速度大,速度梯度大,剪切速率等值线形状不规则,分布杂乱。当滑移系数小于104Pa·s/m时,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量不变。当滑移系数大于104Pa·s/m时,随着滑移系数的减小,锥形双螺杆流道内熔体的体积流量增大,速度梯度减小,压力和剪切速率梯度减小,参考线上熔体压力波动减小。因此,改善壁面条件有利于提高聚合物螺杆挤出过程的稳定性,降低制品的残余应力,提高制品质量。     

塑料动态挤出填充过程的数值模拟研究

利用ANSYS软件对受入口处周期性振动压力驱动的塑料熔体在"L"形异型材挤出口模内的填充过程进行了三维等温数值模拟。研究了流场压力和速度随入口压力振动的变化规律,分析了压力振动对塑料熔体流动稳定性的影响。结果表明:流场压力和速度都随入口压力的振动而振动,但振动强度随流程增加而减弱,只要选择适当的振动参数和口模长度,就可以使出口流场稳定,以保证塑料制件的质量。     

注射过程螺杆计量段三维流场的数值模拟

针对头部无螺纹和有螺纹的注塑螺杆,使用POLYFLOW软件数值模拟了注塑机螺杆计量段熔料在注射过程中的三维等温流场.讨论了两种螺杆流道的yz平面上和xy平面上不同时刻的速度场、压强场、剪切应力场和黏度场.计算结果表明,有螺纹的注塑螺杆沿着螺杆的轴线方向其速度梯度和压强值明显地增大,加强了头部熔料的剪切稀化作用,使熔料黏度降低.螺杆头部的螺纹明显阻碍了后方熔料向前流动,使得螺杆螺槽中熔料的速度梯度和压强降低,黏度增加,剪切稀化作用减弱.     

注射过程螺杆计量段三维流场的数值模拟

针对头部无螺纹和有螺纹的注塑螺杆,使用POLYFLOW软件数值模拟了注塑机螺杆计量段熔料在注射过程中的三维等温流场.讨论了两种螺杆流道的yz平面上和xy平面上不同时刻的速度场、压强场、剪切应力场和黏度场.计算结果表明,有螺纹的注塑螺杆沿着螺杆的轴线方向其速度梯度和压强值明显地增大,加强了头部熔料的剪切稀化作用,使熔料黏度降低.螺杆头部的螺纹明显阻碍了后方熔料向前流动,使得螺杆螺槽中熔料的速度梯度和压强降低,黏度增加,剪切稀化作用减弱.     

宽截面铝型材挤压导流模应用研究

探讨了导流模内挤压铝型材的流动规律。提出了确定导流模最小厚度的理论依据。用流函数法确定了宽截面薄壁铝型材挤压变形动可容速度场、应变速率场及上限功率。讨论了变形程度、磨擦因子等参数对导流模最小理论厚度、挤压载荷的影响。得出薄壁型材导流模厚度的理论最小值。为导流模优化设计提供了理论依据。     

铝合金三维弯曲管件差速挤压过程有限元模拟

本文采用材料流动控制方法,实现了弯曲管件一次性挤压成形;采用有限元法,在DEFORM-3D有限元商业软件上实现了弯曲管件双凸模差速挤出过程的三维数值模拟,分析了双凸模挤压过程速度场分布、材料流动规律、挤压力、应力场和应变场的分布以及在4个凸模作用下实现了管材的空间弯曲;介绍了一次性挤压直接成形弯曲管件的机理,对实际模具设计将具有重要的指导意义.     

挤出模流道的优化设计

结合塑料熔体流变理论和实践经验，提出了塑料异型材挤出模流道优化设计的思想和方法．通过计算机对流道系统进行优化设计，使流体在流道中流动分布均匀．流道设计合理，缩短设计时间．