集成生命周期環(huán)境影響評(píng)估的塑料管材擠出模具輕量化設(shè)計(jì)方法.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展，擠出模具已廣泛應(yīng)用于塑料管材的生產(chǎn)制造。塑料管材擠出模具通常依據(jù)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，為了保證擠出模具具有足夠的強(qiáng)度和剛度，往往會(huì)在一定程度上增加擠出模具的尺寸，這種不合理的設(shè)計(jì)方式會(huì)導(dǎo)致擠出模具質(zhì)量過(guò)重，造成原材料的浪費(fèi)。輕量化設(shè)計(jì)方法是在保證設(shè)計(jì)產(chǎn)品強(qiáng)度和剛度的情況下減少產(chǎn)品的重量，通過(guò)減少原材料的使用來(lái)減少對(duì)環(huán)境造成的影響。然而，輕量化設(shè)計(jì)之后的產(chǎn)品從全生命周期角度并不總是能夠減少產(chǎn)品的環(huán)境影響。輕量化在設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品

2、結(jié)構(gòu)、材料等的優(yōu)化，有可能會(huì)影響產(chǎn)品在生命周期其它階段的環(huán)境影響，不合理的輕量化設(shè)計(jì)方法甚至?xí)黾赢a(chǎn)品全生命周期階段的環(huán)境負(fù)荷。而現(xiàn)有的輕量化設(shè)計(jì)方法僅僅考慮以產(chǎn)品重量為目標(biāo)，并沒(méi)有考慮輕量化設(shè)計(jì)對(duì)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)環(huán)境的影響。因此，本文針對(duì)塑料管材擠出模具提出了一種集成生命周期環(huán)境影響評(píng)估的輕量化設(shè)計(jì)方法，用于減少塑料管材擠出模具的重量，同時(shí)優(yōu)化擠出模具生命周期內(nèi)的環(huán)境性能。
　　首先，分析了塑料管材擠出模具的特點(diǎn)，闡述了現(xiàn)有擠出

3、模具及輕量化設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，提出了一種面向塑料管材擠出模具輕量化設(shè)計(jì)方法的框架。該框架集成了生命周期環(huán)境影響評(píng)估和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，以塑料管材擠出模具的重量和擠出模具生命周期內(nèi)的環(huán)境影響為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，選取擠出模具各個(gè)零件的形狀參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，以擠出模具結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度為約束條件。
　　其次，進(jìn)一步對(duì)塑料管材擠出模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中目標(biāo)函數(shù)和約束條件的獲取進(jìn)行研究。為了獲得擠出模具的強(qiáng)度和剛度的約束條件，基于有限元法

4、和流體力學(xué)原理對(duì)熔融塑料進(jìn)行流體仿真，對(duì)塑料管材擠出模具進(jìn)行熱力耦合分析。為了獲得擠出模具環(huán)境影響的目標(biāo)函數(shù)，基于生命周期評(píng)估的原理和方法，評(píng)估塑料管材擠出模具生命周期內(nèi)的環(huán)境影響。
　　最后，基于上述的研究，選取塑料管材擠出模具不同零件的形狀參數(shù)作為設(shè)計(jì)變量，結(jié)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，建立擠出模具輕量化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型，并將本文的輕量化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于一種塑料管材擠出模具。對(duì)比分析原始模型、現(xiàn)有的輕量化設(shè)計(jì)方法以及本文所提出的輕量化設(shè)計(jì)方法