体积拉伸流场中的纤维取向

运用粘弹性流动分析软件ANSYS POLYFLOW对基于体积拉伸流动成型的叶片挤出机中一个叶片单元的流场进行数值模拟,并将速度梯度张量代入纤维取向分布函数,计算叶片单元中纤维在不同方向的取向概率,分布函数最大值对应的方向为纤维取向方向,然后使用数学软件Matlab对周向不同剖面上的纤维取向分布进行可视化显示,发现:在叶片单元入口处纤维主要沿轴向(即挤出方向)取向,在远离叶片单元入口处纤维主要沿与周向和轴向呈一定夹角的方向取向,结合分散指数分布云图发现拉伸流场比剪切流场更有利于纤维的取向.文中还通过实验对数值模拟结果进行了验证,实验结果和数值模拟结果一致.     

等规聚丙烯纤维结构与性能研究——中粗旦FDY成型过程中的结构变化

本文主要对中粗旦聚丙烯 FDY 在成形过程中结构与性能的变化作了详细地研究。X-射线衍射、扫描电镜、DSC、纤维取向因子等测试结果表明,随拉伸倍数的提高,纤维的断裂伸长线性下降,而强度在拉伸5.8倍时出现极大值;纤维的取向度随拉伸倍数的提高线性增大,计算机分峰结果表明,在高应力状态下,纤维中次晶的生成速率大于α晶。随着拉伸倍数的不断提高,纤维逐渐出现裂缝、微孔及原纤化,结构的破坏导致纤维强度的下降。     

钢纤维分布的表征及对水泥基材料拉伸行为的影响

采用单轴拉伸法,研究了4种钢纤维分布状态对水泥基材料拉伸行为的影响.采用图像分析技术,对断裂后试样中钢纤维的真实分布进行了表征,阐明了钢纤维分布状态与水泥基材料拉伸行为的关系.结果表明:推导出的钢纤维分散系数和取向系数可以有效地描述出钢纤维的分布状态;试样的断裂位置受钢纤维分散性的影响,往往在分散系数最小的区域断裂;4种钢纤维分布状态所对应的在拉伸方向上的取向系数分别为0.365,0.614,0.664和0.758,所对应的14 d抗拉强度分别为8.59,9.11,9.64和10.24MPa,两者呈现了较好的相关性.     

纤维悬浮混合层中纤维取向与流场应力的研究

研究了纤维在混合层流场中的运动,流场用伪谱方法求解;纤维对流场的作用体现在流体方程的附加应力张量中.数值求解在流场作用下的纤维的运动方程,得到纤维的位置和取向分布.进行了纤维取向分布的实验研究,结果与计算定性符合.研究结果表明,当St数较小时,大部分纤维聚集在涡核内,并且基本呈水平或垂直分布;而大St数下,纤维聚集在涡核边缘,呈现不均匀分布,此时纤维取向受涡核边缘的流场支配,呈现包络涡核的特征.同时,由纤维导致的流场附加应力张量的最大值和最小值出现在涡核边缘,导致流场应力不均匀.     

旋流纺纤维气流引导装置内部流场的数值计算

建立了纤维气流引导装置的3．D结构模型,应用计算流体力学软件ANSYSCFX对模型内气流场进行数值模拟,表征了引导装置内部三维流场的流动状态,分析了流场与纤维引导机制的相关关系,并考察喷射孔倾角对其内部流场流动特征的影响。结果表明：压缩气流经喷射孔后在纱道内形成三维旋转气流;切向速度沿纱道轴向与径向存在差异,会造成涤纶长丝上的捻度不匀;轴向速度在管壁附近处较大,涤纶长丝和纤维易与壁面碰撞。     

基于纸浆泵流场数值模拟的叶轮设计准则及其应用

采用纤维-流动耦合模型及求解方法,对纸浆泵叶轮流道内的悬浮流动进行了数值模拟.结果表明,在进口附近,纤维取向变化剧烈,在靠近凹壁面附近,纤维取向摆动显著,而沿中间流线及凸壁面流线,纤维取向变化相对比较稳定;在进口靠近凹壁面附近,附加应力比较显著,而在流道中间及下游区域,附加应力分布变得平均.将结论推广至纸浆泵叶轮设计中...     

内燃机进气管道三维分块结构化贴体网格生成

利用分块粘接技术生成了多缸内燃机进气管道三维分块结构化贴体网格．粘接技术可方便地实现任意多个块的粘接，生成复杂流动区域的整体网格．网格生成方法在分块生成网格时能保证穿过分界面上的网格线是光滑连续的，并且每块区域可根据流场特性来各自布置网格疏密，从而提高了流场流动分析中前处理环节的效率和精度．     

内燃机进气管道三维分块结构化贴体网格生成

利用分块粘接技术生成了多缸内燃机进气管道三维分块结构化贴体网格．粘接技术可方便地实现任意多个块的粘接，生成复杂流动区域的整体网格．网格生成方法在分块生成网格时能保证穿过分界面上的网格线是光滑连续的．并且每块区域可根据流场特性来各自布置网格疏密，从而提高了流场流动分析中前处理环节的效率和精度．     

平板微通道壁面粗糙度对流场影响的摄动分析

选取相对粗糙度作为小参数建立了平板微通道流动的摄动方程组,采用傅里叶分析结合数值方法进行求解.计算结果表明:影响流场结构的主要因素为相对粗糙度和粗糙曲线的空间波数.当保持波数不变,增加壁面相对粗糙度时,无量纲流函数扰动峰值将增大,而流场受扰区域不发生变化;当保持相对粗糙度不变,减小空间波数时,流函数扰动峰值和流场受扰区域都将增大;近壁区流场中存在明显的涡结构,涡结构的出现使得流场内部的黏性耗散作用增强,因此导致相同条件下微通道层流的流动损失高于大尺度流动时的阻力损失.     

剪切流场中液滴形变模型的理论研究

从力学的角度出发,在由两个同心圆筒形成的旋转剪切流场中,分析油水乳化液中分散相液滴的受力及形变,推导出分散相液滴受力与液滴形变的相互关系。提出了剪切流场中液滴形变的三维力学模型,初步建立了拉伸率、收缩系数和剪切应力之间的关系。结果表明,如果测得液滴破裂的临界拉伸率,就很容易求得液滴破裂的临界剪切应力,从而可以应用分散相液滴的拉伸率或收缩系数来分析剪切对油水分离特性的影响。     

Ta-7.5%W合金箔材的退火组织与性能

通过力学性能测试、X线衍射和EBSD(电子背散射衍射分析)等方法研究Ta-7.5%W(质量分数)合金箔材在真空中1 200℃下退火1 h后的力学性能、织构和微观组织。研究结果表明:退火态的Ta-7.5%W合金箔材在沿着横向和轧向拉伸过程中表现出各向异性,其中轧向的抗拉强度达到753 MPa,伸长率达到13.4%,轧向的性能均优于横向性能,这是由于样品中主要织构组分的晶粒沿横向和轧向拉伸开启的滑移系是不一样的。样品中主要形成了3类织构,分别为轧面法向平行于<100>的θ-纤维织构、轧面法向平行于<111>的γ纤维,还有轧向平行于<110>的α纤维织构,其中主要的织构为(112)[1 10]和(111)[1 21],所占的体积分数分别10.2%和11.2%;由不同取向晶粒中的线取向差分布图分析可以看出(111)[1 21]取向的晶粒形成的位错亚结构之间的取向差很大,最大达到8.3°,亚晶之间的平均取向差也达到7°;(001)[1 10]取向的晶粒中形成的位错亚结构之间的取向差小很多,取向差最大也只有2.2°,平均取向差只有1.7°。     

芳香含氯聚砜酰胺纤维拉伸工艺的探讨

在湿纺成形过程中,拉伸工艺的选择直接影响纤维结构特征的变化。观察芳香含氯聚砜酰胺纤维结构性能对拉伸倍率和温度的依赖性。实验结果表明,随拉伸倍率的增加,大分子链的取向和结晶呈线性增加。在拉伸过程中结构发生了变化,纤维的强度和分解温度亦相应地提高。拉伸温度对结构性能的影响却有不同的规律。随拉伸温度的升高,取向的变化呈双峰现象,这与在四个温度区域下的纤维超分子结构的变化和链段松弛程度有关。纤维的强度、分解温度与拉伸温度的变化规律与取向的变化趋势相一致。结晶随拉伸温度的升高而增加。     

聚乙烯凝胶丝在超拉伸过程中结构的变化

用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制成的凝胶初生纤维在合适的条件下,进行高达192倍的拉伸。得到强度和模量分别为4.4 GPa和210 GPa的聚乙烯纤维。借助于广角X-射线衍射法(WAXD)、差示扫描量热法(DSC)等手段,对纤维在拉伸过程中的结晶度、取向度、晶胞参数、拉伸应力、残留溶剂含量及纤维强度、模量作了测试。据此,作者认为:UHMWPE纤维在热拉伸过程中,结构的发展和形成可以粗略地分为三个阶段:第一阶段,凝胶纤维中的溶剂被挤出,大分子发生取向;第二阶段,折叠链片晶开始被拉直,经过这个阶段,晶体密度上升约10％,熔点上升4～6℃;经第三个阶段后,晶体密度进一步上升10％,熔点再次上升3℃。     

β晶聚丙烯纤维冷拉伸形成微孔的研究

在热水浴中对不同β晶含量的聚丙烯初生纤维进行拉伸,初步探讨了拉伸倍数、拉伸温度及初生纤维的结构等对纤维生成微孔的影响,讨论了拉伸成孔机理。用压汞法测定了拉伸丝的微孔含量。同时用密度梯度管法测定拉伸丝的密度,用密度的变化来定性地表征微孔的含量。结果表明,经拉伸后β晶转变为结构更为稳定的α晶,在较高的拉伸倍数和较低的温度下有微孔生成。微孔的表观孔半径主要分布在0.7～4μm和小于0.09μm两个区域。微孔含量随拉伸倍数提高而增加,随拉伸温度升高而减少。     

三维纤维过滤介质压力损失数值模拟

目前纤维过滤介质压力损失的研究大多基于纤维的二维规则排列及低速过滤状态,这与实际过滤介质构造及过滤运行状态存在一定的差异.基于VBA编程,创建三维随机排列纤维过滤介质模型,采用计算流体动力学(CFD)软件模拟计算其内部流场,研究低速及高速过滤状态下压力损失与速度的关系,研究结果表明:模型内部的流体流动呈现线性流区和非线性流区两种流动区域,且两种流动区域的雷诺数临界值为0.33;当流体平均速度大于0.3 m/s对,压力损失与流体平均速度不再是简单的线性关系.通过对模拟数据的分析,提出了适合于线性流区及非线性流区的压力损失-流体平均速度关系表达式.     

钢连铸电磁搅拌工艺中流场的数值模拟

利用旋转磁场特征变换模型方程并结合边界更新法,与k-ε湍流模型耦合计算了交变电磁场作用下连铸方坯内的流场.结果表明:电磁力使得钢液在水平方向形成旋转流动,能够降低向下过高的流速并增强回流;从搅拌区域垂直中心向下,水平旋转流动的速度逐渐变小.钢液旋转流速随电源电流和频率的增大而提高,并且在水平面上呈单峰值分布,在近壁面处最大.     

聚合物新型混合分散装置塑化过程模拟分析

对一种聚合物叶片注塑成型机的混合分散装置进行了三维建模,采用Polyflow软件对其屏障混炼单元中聚合物流体的流动状态进行了三维等温数值模拟,通过网格重叠技术对流体区域进行网格划分,用软件设定装置的运动边界条件,分析了能反映装置混合分散效果的参数,如速度矢量、剪切速率、混合指数等．结果显示：新型混合分散的出料槽中存在的涡流现象,有利于聚合物熔体的塑化混合,在邻近出料槽区域,熔体和出料槽挤压、拉伸作用最强,而在转子与料筒的中间部位则存在较强的拉伸流场．     

纤维取向与打团效应对玄武岩纤维增强复合材料拉伸性能的影响

 基于Tsai理论,针对纤维体积掺加率为0.6%、0.9%、1.2%、1.5%,纤维取向角为0°、15°、30°、45°的玄武岩纤维-环氧树脂复合材料（BFRP）进行了轴向拉伸强度实验研究,并引入纤维均分系数和打团纤维含量表征玄武岩纤维在环氧树脂中的打团效应,建立打团纤维的细观力学模型与几何模型,对BFRP的拉伸强度进行了数值计算对比分析。结果表明,纤维体积掺加率一定时,BFRP的拉伸强度随纤维取向角的增大而减小,纤维取向角一定时,BFRP的拉伸强度随纤维体积掺加率的增大而增大;纤维均分系数随纤维体积掺加率的增大而减小,打团纤维含量随纤维体积掺加率的增大而增大;纤维打团效应的存在,导致了BFRP的纤维临界体积掺加率较纤维均分时有所增大,降低了玄武岩纤维对环氧树脂基材拉伸强度的增强幅度;考虑纤维打团效应的BFRP拉伸强度计算值与实验结果接近。     

网眼罗拉型集聚纺集聚区须条集聚机理分析

为深入研究网眼罗拉型集聚纺系统中纤维须条在流场作用下的运动规律,建立了集聚区域的计算流体动力学(CFD)模型,并运用Fluent软件对该区域的流场进行数值计算,然后建立了纤维微元在气流场中的动力学模型,利用自编的Matlab程序对其进行求解,最后获得了纤维在集聚区的运动轨迹.研究结果表明不同初始位置的纤维运动轨迹能够反映须条的集聚规律;气流的横向作用力能够使须条在集聚方向上发生集聚;上层纤维较网眼罗拉表面的纤维集聚速度快;y轴向气流力使须条贴伏在网眼罗拉表面.     

液氮垂直流动沸腾的双流体模型分析

采用双流体模型计算了液氮在垂直管内的上升流动沸腾过程,考察了壁面热通量和液体流量对流动及传热传质特征的影响.结果表明:垂直上升流动沸腾中重力压降占主导地位;根据截面液体温差的变化可判断沸腾模式的转变;壁面热通量与液相流量的相对大小决定了沸腾过程中的传热传质特征.