三維粘彈性多層共擠成型過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、在共擠成型中，聚合物粘彈特性與過程參數(shù)波動的耦合作用會產(chǎn)生波動的擠出脹大，使得生產(chǎn)尺寸精確或形狀復雜的聚合物多層共擠型材在工程上仍是一項技術挑戰(zhàn)。共擠成型的多相分層流動存在著各分層界面應力之間的相互耦合，使得共擠成型的多相分層共擠流動成型過程具有特殊的流動輸運規(guī)律和動力學特征，從而造成共擠成型的擠出脹大機理極為復雜。迄今為止，國內(nèi)外有關共擠成型擠出脹大機理的研究報道卻相當罕見。為此，本文基于粘彈性流體動力學理論和流變學理論，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的高效有限元數(shù)值算法，并通過數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了過程條件和聚合物流變性能參數(shù)對共擠成型離模膨脹的影響規(guī)律和影響機理，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，并分析了其消除共擠成型離模膨脹的機理。主要取得如下成果： 針對共擠成型及氣輔共擠成型流動過程的特點，基于流變學和流體動力學理論，經(jīng)合理假設，建立了描述共擠成型及氣輔共擠成型流動過程的全三維穩(wěn)態(tài)等溫粘

3、彈性理論數(shù)學模型，并推倒出便于有限元數(shù)值模擬的PTT粘彈性本構模型方程沿X，Y，Z坐標方向的展開式。 針對粘彈本構方程、擠出脹大自由表面的追蹤和控制方程的耦合易于導致數(shù)值解擴散和不穩(wěn)定問題，通過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，分別建立了與理論模型相適應的有限元數(shù)值算法，并基于這一研究，實現(xiàn)了共擠成型及氣輔共擠成型過程的有限元數(shù)值模擬。 通過數(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)對共擠成型離模膨脹的影響規(guī)律，通過理論分析揭示了共擠成型離模膨脹的機理。研究表明多層共擠成型的離模膨脹是由二次流動引起的，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強度的強弱，而口模出口處二次流動強度又正比于熔體的第一法向應力差。 基于傳統(tǒng)共擠成型的離模膨脹的機理研究，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，并分析了其消除共擠成型離模膨脹的機理