流動(dòng)誘導(dǎo)纖維取向的有限元分析.pdf

1、短纖維復(fù)合材料是一種重要的工程材料，其加工過程簡單，加工費(fèi)用低廉，在工業(yè)范圍得到廣泛應(yīng)用。在注塑成型過程中，一方面，纖維取向?qū)Τ尚椭破返牧W(xué)性能有很大的影響，使制品的性質(zhì)呈現(xiàn)各向異性，或在固化制品中產(chǎn)生殘余應(yīng)力而產(chǎn)生翹曲變形；另一方面，它又是制件微觀結(jié)構(gòu)的重要特征。因此，對(duì)纖維取向分布的預(yù)測就變得尤為重要。 流動(dòng)誘導(dǎo)的纖維取向的描述主要有兩種方法，一是基于取向概率分布函數(shù)，它給出了纖維沿所有方向取向概率，但需要巨大的計(jì)算量；另一

2、種是基于取向分布函數(shù)的矩(即取向張量)來描述取向行為，通過求解取向張量的演化方程得到制件的取向分布，這一方法伴隨產(chǎn)生了一個(gè)閉合近似問題，即用二階取向張量近似四階取向張量。 本論文主要采用取向張量的方法研究的流動(dòng)誘導(dǎo)的纖維取向，通過對(duì)纖維取向行為的理論研究，采用取向概率分布函數(shù)與取向矢量的內(nèi)積構(gòu)造取向張量，并討論了取向分布函數(shù)和取向張量之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了二階取向張量和四階取向張量的性質(zhì)，分析了不同取向狀態(tài)下，取向張

3、量的特征值，不變量的性質(zhì)和特點(diǎn) 理論分析了取向張量的閉合近似理論，結(jié)合纖維運(yùn)動(dòng)方程，并考慮纖維之間的相互作用，得到了流動(dòng)誘導(dǎo)纖維取向張量的演化控制方程，并利用伽遼金法建立了流動(dòng)誘導(dǎo)纖維取向的有限元求解方程，編制了VC++分析程序。利用所編制的分析程序，利用不同的閉合近似模型(Hand模型和Hinch-Leal模型)分別對(duì)平澆口的平板和中心澆口的圓盤兩種充填過程中的纖維取向進(jìn)行了數(shù)值分析，揭示了在注塑成型中充填流動(dòng)所導(dǎo)致的纖維取向