壁面滑移条件对聚苯乙烯中空型材挤出过程的影响

利用三维等温黏弹有限元数值方法,从挤出胀大、内外壁面压力、剪切速率和应力场角度,研究了中空"回"型材内外两个壁面的不同滑移系数对挤出成型的影响.结果表明,内外壁面的压力、剪切速率和法向应力均随着内外壁面滑移系数增大而增大;当内壁面滑移系数固定,挤出胀大率随着外壁面滑移系数增大而增大,而当外壁面滑移系数固定,挤出胀大率却随着内壁面滑移系数增大而减小;当内外壁面滑移系数差距较大时,容易产生突出的挤出胀大或收缩现象;当内外壁面滑移系数均较大时,由于内外壁面产生反方向的法向应力,反而使得挤出胀大得到抑制;而当内外壁面滑移系数均较小时,压力降、剪切速率和法向应力均接近零值,挤出胀大和收缩得到很好的消除.     

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。     

气辅共挤精密成型中2种方法处理气体层的比较

将共挤口模内气体层分别简化为完全滑移边界条件和不可压缩流体,基于流变学基本方程和Phan-Thien Tanner(PTT)本构方程,建立L型截面三维非等温黏弹性多层气辅精密共挤成型数值模型,并采用稳定的数值求解技术对数值模型进行模拟计算,将2种数值模型模拟计算所得结果进行对比分析。研究结果表明:2种数值模型模拟所得口模内熔体的速度场、压力场、剪切速率、应力场和温度场等分布基本一致,但两者模拟所得口模出口端面熔体的边界和层间界面形貌略有差异,将气体层简化为完全滑移边界条件模拟所得口模出口端面熔体的边界和层间界面形貌更接近实验结果。     

数值模拟硬质聚氯乙烯双螺杆模具挤出过程

数字设计了双螺杆挤出扁口和圆口模具,使用有限元方法数值计算了两种模具内硬质聚氯乙烯熔体的非等温流场,分析比较了模具结构对熔体各物理量的影响.研究结果表明,与圆口模具相比,扁口模具过渡段压力小,熔体各物理量沿轴向变化较剧烈.在出口截面上,扁口模具内熔体速度和黏性热梯度小,速度均匀性高于圆口模具.但扁口模具内熔体压力、剪切应力、剪切速率和黏度梯度大.大的剪切应力引起大的离模膨胀.设计模具时应根据物料特性,综合考虑各方面因素来决定模具结构.     

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。     

混凝土材料动态球形空腔膨胀的数值模拟

为了验证固体中的空腔膨胀理论,基于混凝土三段式本构模型,用有限元方法对混凝土材料动态球形空腔膨胀进行了数值模拟.数值模拟结果表明,当空腔膨胀压力超过一定阈值后,空腔边界将以该压力对应的恒定速度膨胀,符合空腔膨胀理论中膨胀压力与边界膨胀速度的函数关系.进一步分析表明膨胀压力阈值与混凝土强度呈线性关系.混凝土中空腔边界到弹性波阵面之间的径向应力场分布与理论计算相符,证实了数值模拟的可靠性,揭示了空腔膨胀的物理过程.     

基于有限元方法的聚合物共挤出界面形成过程数值研究

用有限元方法对两种不相容聚合物熔体在共挤出流道内的流动进行了三维数值模拟,计算了共挤出流动过程的速度场、压力场和应力场．根据数值计算的结果得到了沿流动方向和宽度方向的共挤出界面变化,并分析了入口体积流量和聚合物材料参数对共挤出界面偏移的影响．结果表明：宽度方向共挤出界面的形状和位置沿聚合物流动的方向不断变化;界面偏移量的大小随着流量差异的增加而增大;聚合物入口流量的变化是导致共挤出界面位置变化的决定性因素,流量比的变化对出口处界面形状的影响不大;两种聚合物粘度的不同会导致界面偏向粘度较低的熔体一侧．     

X5214铝合金型材挤压过程的数值模拟

通过采用有限元法与有限体积法相结合,在MSC.SuperForge有限元商业软件上实现了挤压比λ=98.28的X5214铝型材挤压过程的数值模拟;对比了3种不同导流孔形状对型材挤出模口处z向的流速均匀性:获得该型材挤压过程的材料流动速度场、应力场和温度场分布图,并对金属的流动过程进行分析.模拟分析结果表明:对于X5214铝型材,采用对称导流模可获得较佳的流速均匀性.     

螺旋芯棒式吹膜模头熔体流动特性的数值模拟

对吹塑薄膜螺旋芯棒式模头内熔体的流动现象进行了三维数值模拟。结果表明,随着螺槽的逐渐消退,螺槽内熔体的速度由入口处的沿螺槽方向流动逐渐变为沿模头轴向流动,而环形间隙内熔体的速度在入口处存在较小的环形分量,随间隙厚度的增加逐渐变为沿轴向流动。沿挤出方向,螺槽中熔体的压力等值线由垂直于螺槽逐渐变为垂直于轴向,环形间隙中熔体的压力等值线由倾斜于轴向逐渐变为垂直于轴向。     

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。     

塑料异型材动态挤出流动分析及口模长度设计

本文以“L”型挤出口模为例，利用ANSYS软件对口模入口处受周期性振动的压力驱动的塑料熔体在模内的流动过程进行了三维等温数值模拟，研究了入口压力的振动参数对流场压力和速度的影响情况，结果表明：流场中压力和速度的振动频率与入口压力的振动频率相等，而流场压力和速度的振幅随入口压力振幅的增大或者频率的降低而增大，亦即，低频高幅的振动容易得到较大的振动幅值。研究还表明流场速度振动的衰减比压力振动的衰减慢，所以，口模长度设计时应以速度的衰减为依据。     

微尺度下压力对聚丙烯剪切黏度影响研究

利用高精度RH10毛细管流变仪开展微尺度下聚丙烯（PP）流变实验研究。选用内径分别为0.25、0.5、1.0 mm的口模,研究剪切速率3×10²~5×10³ s^-1范围内,温度为210、220、230℃时PP黏度变化。结果表明：在相同的剪切速率与温度下,相比于1.0 mm口模中PP熔体黏度,0.25、0.5 mm口模中PP熔体的黏度增大;3种口模内体现黏度与温度关系的Arrhenius公式拟合系数不同,揭示了微尺度下PP剪切黏度的尺度依赖性。分析认为在微小直径口模内PP熔体压力的增加是黏度变化的原因之一,并基于Barus公式提出用于量化微尺度下PP黏度的等效压力概念。     

复杂型材挤出模结构优化设计方法

采用APDL建立了面向CAE的模头流道参数化模型,用分步单元划分策略和壁面滑移边界条件,完成了复杂型材熔体在模头内流动过程的三维数值模拟,获得了流道内的速度分布和压力分布.在此基础之上,以模头出口处型材截面上各子区域平均流速相等为优化目标,对模具流道的结构参数进行了优化设计,优化后流动平衡性有显著提高.复杂型材SF56流道结构参数的优化设计和实验,证明了该方法的正确性和有效性.     

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。     

聚合物熔体流变特性及其对纺丝组件内流场的影响

测定了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、常压阳离子染料可染聚合物(ECDP)熔体的流变特性;通过计算流体力学方法对纺丝组件内的流场进行模拟,并利用粒子图像测速(PIV)实验验证了数值模拟的准确性;通过建立的数值模拟方法研究了聚合物熔体的流变特性对纺丝组件内流场的影响。结果表明：在270～290℃的温度范围内,PET和ECDP的流变指数n均随着温度的升高而增大并接近1,聚合物熔体的黏度随着剪切速率的增大而减小;流体的稠度系数K对纺丝组件内的速度场几乎无影响,但对压力分布影响较大,入口压力随着K的增大而增大;流变指数n对纺丝组件内的压力与速度分布有影响,入口压力和入口流速随着流变指数的增大而增大;流体在砂腔内的流速较小但分布较为均匀,在砂腔上游,流变指数越大,流体流速越大;聚合物熔体在喷丝板外圈的喷丝孔之间形成滞留区,并且流变指数越大,滞留区越小,喷丝孔内外圈的流量分配越均匀。     

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．     

1633B铝合金空心型材挤压过程的数值模拟及虚拟试模

通过将有限元法与有限体积法相结合,在MSC.SuperForge商业软件上实现了挤压比λ＝62.6的空心薄壁铝型材挤压过程的数值仿真,获得了该型材挤压过程的材料流动速度场、应力场、应变场、温度场分布图以及焊合过程.通过与生产试模结果的比较表明,基于数值分析的虚拟试模对挤压模具设计和挤压工艺的优化有直接指导意义.     

基于ANSYS/FLOTRAN秸秆挤压机流场的数值模拟

针对秸秆挤压机流道内温度和压力变化对挤出产品质量、挤压机使用寿命影响很大等问题,通过建立挤出流道的有限元分析模型,运用ANSYS/FLOTRAN模块对秸秆挤压机的流道进行了数值模拟,得到挤压机流道的速度场、压力场和温度场,为秸秆挤压机的优化设计提供指导.