塑料挤出流动数值分析及其模具结构的设计优化

阐述挤出模设计理论、数值分析方法,以及塑料挤出成型和模具优化设计技术的国内外研究进展,指出其存在的主要问题和发展方向,认为把设计经验、数值模拟和最优化设计理论有机结合,是解决挤出模优化设计的有效途径.该领域中存在的不足是,流线型流道的三维参数化建模方面的方法大多存在着实用性不强,或者无法对型腔曲面进行参数化控制的缺点;三维参数化流道模型没有针对其功能特征进行划分,不利于进一步的优化设计.其发展方向是在实践中采用的一些技术改进措施,考虑模具结构各功能段之间的联合作用和相互影响,尽量减小模头内的横向流动,以及模具结构对挤出工艺、挤出材料的敏感性等.     

塑料异型材真空定型模冷却水道优化设计

热的塑料异型材通过定型模来冷却定型,因此定型模内冷却水道的设计是保证型材成型质量的重要基础.通过分析型材冷却过程中的热传递方式,对传热模型、初始条件和边界条件进行了深入的分析和计算,完成了塑料异型材在定型模内冷却过程的数值模拟.在此基础之上,以定型模出口处型材截面上各点冷却均匀性和效率为优化目标,基于有限元分析结果和水道参数化模型建立目标函数的数学模型,对水道的位置参数进行优化设计.通过生产型材SF66的定型模的优化设计和实验,验证了该方法的正确性和有效性.     

挤了模流道的优化设计

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。     

流线型挤出模曲面构造

根据塑料挤出的特点，在编程实现对型材截面轮廓凸凹性自动判断的基础上，采用射线法与比例间隔法相结合的方法，确定流道入口圆周上型值点的位置．以三次多项式作为流道模腔型曲线的数学模型，依据流线型要求给出的初始、边界条件，得出型曲线的数学方程．构建了挤出模流道的三维参数化曲面模型．有限元分析结果显示，该方法创建的流线型流道模型，其流动稳定性和平顺性都优于直线型流道．     

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．     

底部结构对高速列车流场及气动优化规律的影响

为了得到底部结构对列车流场及气动阻力优化规律的影响,通过计算流体力学和正交试验设计分析的方法,研究真实复杂车体的底部流动和尾迹特征,得到了复杂车体气动阻力优化规律.结果表明,尾车鼻尖静压系数在底部结构影响下降低了0.06,尾车流动分离提前,两反对称尾涡核间横向距离增大,尾涡间夹角增大.头型概念设计时的拓扑简化车体模型可以作为真实复杂车体的气动阻力优化设计模型,但考虑底部结构使得头车参数优化的极差值减小、尾车参数的优化极差值增大.头车阻力优化重点为转向架周边结构,尾车阻力优化对流线型长度参数更加敏感.     

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。     

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。     

列车车体106XC型材挤压过程数值模拟及模具优化

以列车车体106XC型材为例进行挤压模具结构设计;在HyperXtrude10.0软件平台上,采用基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)网格描述的有限元方法,实现大断面复杂截面铝型材挤压过程的数值模拟。通过增加模芯处引流孔直径、增大引流槽的斜度、调整二级焊合室的大小和工作带长度等措施,对模具进行结构优化,优化后型材最大变形量明显减小,出口处金属流速得到均衡。研究结果表明:数值模拟结果与生产试模结果吻合良好,表明数值模拟结果能为大型复杂截面铝型材挤压模具结构设计提供有效指导。     

基于三维实体造型的塑料异型材挤出机头 CAD 系统

在全面分析总结塑料异型材挤出机头设计过程的基础上，探讨挤出机头的几何造型，并通过Ｃ语言对ＡｕｔｏＣＡＤＲ１２．０ｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓ进行二次开发，实现ＡＤＳ对ＡＭＥＡＰＩ的编程控制，研制了基于三维实体造型的挤出机头ＣＡＤ系统．     

铝型材挤压模具导流孔结构优化

基于MATLAB平台,将BP人工神经网络、遗传算法和数值模拟技术应用于铝型材挤压模具的导流孔形状优化设计。由正交实验法安排模拟实验组合,采用SuperForge软件对进行型材挤压过程进行数值模拟,并以挤压时金属流出模口平面的z向质点流速的均方差作为模型目标值;将模拟结果作为人工神经网络的输入样本对进行网络训练并建立网络知识源;通过遗传算法求得模型的全局优化解;最后通过有限体积法数值模拟技术验证并比较优化所得导流孔形状与经验法确定的导流孔形状对金属流动均匀性的影响。分析结果表明,通过调整导流孔形状能使金属流出模口的速度分布更均匀,表明对挤压模具导流孔形状的优化是有效的。     

FEM analysis of metal flowing behaviors in porthole die extrusion based on the mesh reconstruction technology of the welding process

A reconstruction technology of finite element meshes based on reversal engineering was applied to solve mesh penetration and separation in the finite element simulation for the divergent extrusion. The 3D numerical simulation of the divergent extrusion process including the welding stage for complicated hollow sections was conducted. Based on the analysis of flowing behaviors, the flowing velocities of the alloy in portholes and near the welding planes were properly controlled through optimizing the expansion angle as well as porthole areas and positions. After the die structure optimization, defects such as warp, wrist, and the wavelike are eliminated, which improves the section-forming quality. Meanwhile, the temperature distribution in the cross section is uniform. Especially, the temperature of the C-shape notch with a larger thickness is lower than that of other regions in the cross section, which is beneficial for balancing the alloy flowing velocity.     

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.     

T型模头熔体流动与模具变形耦合的数值模拟

为了研究T型模头熔体出口的流率均匀性,利用计算流体动力学软件Polyflow对一种T型模头内的熔体流动和模具变形进行了耦合数值模拟.结果表明:模具流道表面沿模具厚度方向的变形在挤出方向和模具宽度方向均为非线性变化,造成熔体出口流率均匀性与不考虑模具变形的理论设计结果相差较大;随着挤出量增加,狭缝沿模具厚度方向的变形增大,熔体出口流率均匀性降低;随着模具厚度增加,狭缝沿模具厚度方向的变形减小,熔体出口流率均匀性提高.     

聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内三维粘弹流动分析

利用罚函数有限元法，采用PTT粘弹模型，对聚合物熔体在直线型异型材挤出口模内的三维等温流动进行了数值模拟，得出了不同挤出量下的速度和应力分布．结果表明：口模截面上流动中心位于流动阻力较小的部分，而且这部分的流速较快；必须依据流动阻力的大小来匹配组成口模截面的各部分所对应的成型区长度，流动阻力大的部分，长度应较小，以免产生流动不平衡从而导致挤出物离模后的扭曲；过渡区对熔体在其上游的稳流区和在其下游的成型区内的流动均有明显影响；聚合物熔体的松弛时间对熔体流速无影响，对剪切应力的影响非常小，随着松弛时间的增大，熔体的粘弹性拉伸应力下降，而且熔体粘弹性拉伸应力对总拉伸应力的贡献很大．     

管材挤出模具新型压缩段流道的研究

在对质点流迹分析基础上,提出管材挤出流道的流线型压缩过渡方式,并给出了以三次多项式作为管材挤出流道型腔曲线的数学模型,构建管材挤出模具压缩定型段的过渡流道,并通过聚合物流体分析软件POLYFLOW对比模拟分析了直线型过渡流道和流线型过渡流道的速度、压力、黏度、剪切速率的变化,分析结果显示,流线型流道内的流动稳定性和均匀性明显优于直线型流道。