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.     

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.     

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。     

气辅挤出口模的研究现状

气辅挤出成型可以显著消除传统挤出成型中出现的挤出胀大、鲨鱼皮、耗能高等现象。在气辅挤出系统中,气辅挤出口模的设计是核心部分。介绍了国内外关于气辅挤出口模设计的特点,并进一步对口模设计进行了展望。     

聚合物熔体流场应力分布的流动双折射测量新方法

为了计算聚合物熔体流场的应力分布,文中对传统双折射实验装置进行改进,通过重新合理布置光学元件,提出了一种利用双折射计算流场应力分布的新方法.该方法测量的图像中含有双折射和取向角信息,所得图像在光强最大或最小处的取向角为45,°从而可方便地计算45°等倾线上的剪切应力,克服了传统双折射装置只能用于测量对称流场中对称轴上应力分布的缺陷.文中最后以自制的可视化挤出口模对LDPE1810D材料挤出成型时的流场进行了测量,计算了45°等倾线上的应力分布,结果表明,该方法可以有效测量流场的应力状态.     

基于POLYFLOW的汽车密封条挤出口模结构优化

本文对某款汽车密封条挤出成型过程进行研究,建立密封条熔融体挤出流动的本构方程,运用计算机流体动力学软件POLYFLOW对密封条熔融体通过口模的挤出流动特性进行模拟分析,对挤出胀大的原因加以阐述。通过对密封条挤出胀大横截面与挤出口模横截面的相对位移情况的对比,最终提出该款密封条挤出口模的结构优化方案。     

用挤出物胀大等方法测量聚合物熔体的第一法向应力差

在挤出机上安装自行设计的毛细管口模,对PP,HDPE和PS熔体采用挤出物胀大法在较高剪切速率下测量第一法向应力差N_1,发现:由于N_1受胀大比B和剪切应力τ_W的双重影响,因此弹性测试比粘性测试所需的毛细管口模长径比要大;将挤出物胀大法与其他测量N_1的方法进行综合的分析比较,结果表明,挤出物胀大法所测N_1值比较合理,并可满足一般工程计算的要求。     

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。     

聚合物挤出成型过程的实验应力分析

为了探明高聚物熔体在模腔内的应力分布状况，提出了实验应力分析法，实验表明，大多数聚合物在熔融状态下具有暂时双折射效应，从而可借助于偏光仪聚取应力干涉条纹图，实验所得的应力条纹图与理论推导所得的曲线族是一致的。文中也给出了在多种口模处的剪应力分布情况。     

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．     

圆柱体镦挤复合变形规律研究

针对镦挤复合成形过程中坯料在挤出时普遍存在的挤出高度不足的问题,利用Deform有限元软件模拟圆柱体自由端无约束时的镦挤复合成形过程,对镦挤成形过程的力学参数和变形规律进行分析;分别从理论和模拟两方面入手,研究正挤压和反挤压两种模式下的镦挤复合成形规律,模拟不同材料、不同挤出通道时的变形规律,绘制凸模行程与挤出高度曲线.研究结果表明：镦挤复合成形过程中的正挤压和反挤压具有一致的变形规律,当挤出通道直径为20~25 mm、摩擦因数为0.2~0.4时,适当地增大挤出通道直径和摩擦因数,均有利于提高坯料的挤出高度,当摩擦因数为0.35、挤出通道直径为25 mm时,坯料挤出高度最大.     

流道结构对塑料挤出流动影响数值分析

采用数值分析方法，利用有限元分析软件ANSYS，系统分析了塑料挤出口模的一些重要结构参数如分流角、压缩角和压缩比等对挤出流动的影响规律，得出了相应的压力场和速度场，指出压缩段是调节流动平衡的重要区段，应作为模具设计优化的主要对象。     

温度比对叶片内冷通道对流传热影响的数值研究

为了提高涡轮叶片内冷通道流动传热计算精度,首先讨论了大温差下空气物性不同计算方法间的差异,并通过与管内常用传热经验关系式结果的对比,研究了不同定性温度取值方法和湍流模型对数值模拟结果的影响。在此基础上侧重研究了大温差对光滑圆形内冷通道内的流动传热的影响,温度比变化范围0.5～0.9,通道Re数范围20 000～60 000,得到了传热Nu数和温度修正因子随温度比与Re数的变化数据和拟合关系式。结果表明采用截面平均流体温度定义传热系数和采用Realizable k-ε湍流模型可使局部和平均传热系数与Gnielinski公式结果符合良好。大温差对通道传热的影响显著,Nu数最大降幅可达30%。计算显示温度修正因子随温度比的减小而减小,随Re数的增大而减小。     

非弹性流体模口膨化的原因及切力变稀(或增稠)性对模口膨化比的影响

本文首先按照流体通过狭缝挤出后横向拉伸应变的不同把流场分成皮层和芯层两部分,然后通过分析它们的应变和受力情况证明非弹性流体的模口膨化是由于芯层流体在皮层施加的纵向拖力和横向拉力及狭缝出口横截面上的剪切应力的作用下产生的横向拉伸应变。按照这一理论的推测,非弹性流体的模口膨化比随流体切稀性的增强而减小,随流体增稠性的增强而增大.这一推测与实验结果及有限元计算结果相符合。本文的理论发展和完善了 Tanner 的“皮层一芯层”理论.     

基于CFD的液体分布器分布孔结构对出流均匀性的分析

液体分布器孔口结构是影响液体分布器分布均匀性的因素之一。为了研究分布孔结构对均匀性的影响,采用了计算流体动力学软件fluent对圆柱形、倒圆锥形、正圆锥形三种不同分布孔结构出口流速进行模拟分析;其次运用实验方法,对以上分布孔结构的单孔流量偏差与整体流量方差进行计算对比。研究结果表明：倒圆锥形分布孔结构出口流速均匀性优于其他两种;倒圆锥形单孔口流量偏差值大致分布在4.25E-02到9.74E-02范围内,小于其他两种的单个孔口流量偏差值;整体流量方差值是6.78222E-12,约是其他两种的十分之一。结果表明倒圆锥形分布孔结构更能保证液体分布的均匀性,提供更好的液体分布效果。     

挤出流动的力学行为——第二报:牛顿流体的模口膨化

作者继第一报证明了模口处的横向剪切应力是产生出口弯角的根源之后,进一步对牛顿流体的模口膨化效应进行了研究。从理论上证明了模口处的横向剪切应力也是影响牛顿流体模口膨化比的重要因素。另外三个影响牛顿流体模口膨化比的力是:流体流出狭缝后外层流体对内层流体作用的粘性拖曳力,流体的惯性力和表面张力。推导出这4种力与模口膨化比的定量关系式,由这一关系式可明显看出粘性、惯性和表面张力是如何影响模口膨化的,从而解释了许多别人的实验结果和数值计算结果。     

流变理论在挤出成形中的若干应用

本文从流体力学和流变学的角度出发,对胶料在挤出过程中的流动和变形进行了定量的描述,在此基础上,讨论了挤出工艺参数合理选取的原则;阐述了螺杆几何参数优化设计的原理;指出了实现稳定挤出的必要条件。文中附有计算实例和线图,供参考。     

等通道转角挤出制备自增强高密度聚乙烯

采用等通道转角挤出（ECAE）方法对高密度聚乙烯（HDPE）进行自增强挤出，研究挤出工艺条件与材料结构、性能之间的关系．利用广角X射线衍射（WAXD）、差示扫描量热分析（DSC）等手段对材料结构进行表征，结果表明：经过等通道转角挤出后，HDPE的结晶度提高、晶粒细化，抗拉强度提高了23％．     

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。