三維粘彈性多層共擠成型過(guò)程數(shù)值模擬研究.pdf

1、在共擠成型中，聚合物粘彈特性與過(guò)程參數(shù)波動(dòng)的耦合作用會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)的擠出脹大，使得生產(chǎn)尺寸精確或形狀復(fù)雜的聚合物多層共擠型材在工程上仍是一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)。共擠成型的多相分層流動(dòng)存在著各分層界面應(yīng)力之間的相互耦合，使得共擠成型的多相分層共擠流動(dòng)成型過(guò)程具有特殊的流動(dòng)輸運(yùn)規(guī)律和動(dòng)力學(xué)特征，從而造成共擠成型的擠出脹大機(jī)理極為復(fù)雜。迄今為止，國(guó)內(nèi)外有關(guān)共擠成型擠出脹大機(jī)理的研究報(bào)道卻相當(dāng)罕見(jiàn)。為此，本文基于粘彈性流體動(dòng)力學(xué)理論和流變學(xué)理論，建立了聚合物

2、共擠成型的三維等溫粘彈性理論模型及其相適應(yīng)的高效有限元數(shù)值算法，并通過(guò)數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了過(guò)程條件和聚合物流變性能參數(shù)對(duì)共擠成型離模膨脹的影響規(guī)律和影響機(jī)理，并基于這一研究，提出了一種基本能消除共擠成型離模膨脹的新型氣輔共擠成型技術(shù)，并分析了其消除共擠成型離模膨脹的機(jī)理。主要取得如下成果： 針對(duì)共擠成型及氣輔共擠成型流動(dòng)過(guò)程的特點(diǎn)，基于流變學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)理論，經(jīng)合理假設(shè)，建立了描述共擠成型及氣輔共擠成型流動(dòng)過(guò)程的全三維穩(wěn)態(tài)等溫粘

3、彈性理論數(shù)學(xué)模型，并推倒出便于有限元數(shù)值模擬的PTT粘彈性本構(gòu)模型方程沿X，Y，Z坐標(biāo)方向的展開(kāi)式。 針對(duì)粘彈本構(gòu)方程、擠出脹大自由表面的追蹤和控制方程的耦合易于導(dǎo)致數(shù)值解擴(kuò)散和不穩(wěn)定問(wèn)題，通過(guò)Galerkin法、罰函數(shù)法、EVSS法、EVSS/SU法和Mini-Element法等混合有限元穩(wěn)態(tài)離散技術(shù)，分別建立了與理論模型相適應(yīng)的有限元數(shù)值算法，并基于這一研究，實(shí)現(xiàn)了共擠成型及氣輔共擠成型過(guò)程的有限元數(shù)值模擬。 通過(guò)數(shù)

4、值模擬，系統(tǒng)研究了了粘彈流變性能參數(shù)和工藝參數(shù)對(duì)共擠成型離模膨脹的影響規(guī)律，通過(guò)理論分析揭示了共擠成型離模膨脹的機(jī)理。研究表明多層共擠成型的離模膨脹是由二次流動(dòng)引起的，且芯殼層熔體及整體口模的離模膨脹取決于口模出口處二次流動(dòng)強(qiáng)度的強(qiáng)弱，而口模出口處二次流動(dòng)強(qiáng)度又正比于熔體的第一法向應(yīng)力差。 基于傳統(tǒng)共擠成型的離模膨脹的機(jī)理研究，提出了一種能基本消除共擠成型離模膨脹的新型聚合物氣輔共擠成型技術(shù)，并分析了其消除共擠成型離模膨脹的機(jī)理