注塑成型流動(dòng)誘導(dǎo)應(yīng)力數(shù)值模擬.pdf

1、注射成型是一種被廣泛應(yīng)用的用于生產(chǎn)復(fù)雜形狀、薄壁塑料制品的成型方法。它分為充填、保壓和冷卻三個(gè)階段。在整個(gè)成型過(guò)程中，聚合物熔體經(jīng)歷了復(fù)雜的變形和溫度變化，并且影響到產(chǎn)品最終性能。 隨著注塑模具計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)(CAE)的發(fā)展，注塑模具數(shù)值模擬的最終目的已不再僅停留在成型過(guò)程的分析上，它還要朝著產(chǎn)品的力學(xué)、光學(xué)等性能預(yù)測(cè)的方向發(fā)展。影響產(chǎn)品性能的因素很多，主要因素之一是被“凍結(jié)”在制品中的分子取向和殘余應(yīng)力。 注塑制品

2、的殘余應(yīng)力主要來(lái)自兩個(gè)方面：第一，在注塑成型充填和保壓階段，聚合物熔體的粘彈性流動(dòng)產(chǎn)生的法向和剪切應(yīng)力，在冷卻階段由于熔體溫度迅速下降，這兩種應(yīng)力不能完全松弛，被“凍結(jié)”在制件中，形成殘余流動(dòng)誘導(dǎo)應(yīng)力。它主要影響制品的力學(xué)、光學(xué)等物理性能，與聚合物分子鏈的取向相關(guān)，是制品各向異性的體現(xiàn)；第二，冷卻階段制件的熱脹冷縮受到限制，制品中各點(diǎn)在不同時(shí)間從較高的溫度降到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg以下，產(chǎn)生不同的收縮變形，形成殘余熱誘導(dǎo)應(yīng)力。 粘性

3、注塑成型流動(dòng)過(guò)程的研究已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是對(duì)充填和保壓過(guò)程中應(yīng)力的研究比較少。對(duì)殘余應(yīng)力的研究也大多集中在熱誘導(dǎo)應(yīng)力的研究，流動(dòng)誘導(dǎo)應(yīng)力的研究相對(duì)更少。以往的研究中，多采用純粘性模型來(lái)描述聚合物的本構(gòu)方程，不考慮聚合物熔體的粘彈性效應(yīng)，這種模型只能夠模擬流動(dòng)過(guò)程中的剪切應(yīng)力，卻不能夠獲得流動(dòng)過(guò)程的法向應(yīng)力，因此不能夠準(zhǔn)確模擬注塑成型的流動(dòng)誘導(dǎo)應(yīng)力。 本文在廣義Hele-Shaw(GHS)流動(dòng)假設(shè)基礎(chǔ)上提出了模擬注塑成型過(guò)程中聚合物

4、熔體粘彈性流動(dòng)的數(shù)值方法，預(yù)測(cè)成型過(guò)程中的流動(dòng)誘導(dǎo)應(yīng)力、速度、壓力、溫度分布，具體工作如下：1.采用廣義Hele-Shaw流動(dòng)假設(shè)，建立非牛頓流體在薄壁型腔內(nèi)的非等溫、可壓縮充填/保壓過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。本構(gòu)方程采用上隨流Maxwell粘彈性本構(gòu)方程，考慮保壓過(guò)程中聚合物熔體的可壓縮性。 2.直接對(duì)運(yùn)動(dòng)方程在厚度方向積分同時(shí)結(jié)合上隨流Maxwell本構(gòu)方程得到熔體流動(dòng)速度，進(jìn)而與連續(xù)性方程聯(lián)立獲得壓力場(chǎng)的控制方程。 3.使用