聚合物多相分层充模流动成型的粘性包围形成机理数值分析

基于聚合物多组分成型技术的工程背景，建立了全三维非稳态非等温多相分层充模流动的理论模型，提出了求解理论模型的稳定高效的数值算法。通过数值模拟，给出了不同流变性能参数、过程条件下多相分层充模流动成型时的粘性包围形成过程和其形貌的定量对比。在此基础上，通过理论分析，揭示了粘性包围的产生机理，并研究了流变性能参数和过程条件对分层界面形貌和粘性包围影响的规律性关系。模拟研究表明，模拟结果与Bamin Khomani等的实验研究结论相吻合。     

共注成型充模流动数值模拟研究

在共注成型多相分层流动充模成型的机理研究基础上,通过采用通用的Hele-Shaw模型和流体积技术,推导出用于描述共注成型多相分层流动充模过程的理论模型,并提出了一种稳定有效的求解理论模型的数值方法。该数值方法通过使用不连续Galerkin法、上风（upwine)法等稳定性技术来解决数值解的不稳定性问题和数值发散问题,实例数值模拟结果与实验结果基本吻合。     

熔体粘度对共注成型影响机理的研究

本文在共注成型多相分层流动充模成型机理的基础上，揭示了芯壳层熔体粘度对共注成型的分层界面形貌和芯层熔体前沿突破的影响，并模拟了芯壳层熔体粘度比对共注成型的影响，建立了芯壳层熔体粘度比与分层界面和前沿移动界面形貌的关系。本文的模拟研究结果与一些文献的实验结果相吻合。     

聚合物流变性能对共注射成型的影响

在共注射成型多相分层流动充模成型机理的基础上，揭示了芯壳层熔体对共注射成型的分层界面形貌和芯层熔体前沿突破的影响，并模拟了芯壳层熔体粘度比对共注射成型的影响，建立了芯壳层熔体粘度与分层界面和前沿移动界面菜貌的关系。本文的模拟研究结果与一些文献的实验结果相吻合。     

马鞍型异型材挤出成型过程三维等温粘弹性的数值模拟

基于PTT粘弹性本构模型,通过马鞍型异型材挤出成型过程的全三维稳态等温有限元数值模拟,系统研究了聚合物粘弹性流变性能参数和成型工艺参数对异型材口模挤出成型过程的影响规律,并揭示了其影响机理.研究结果表明,聚合物异型材口模挤出离模膨胀是由口模出口处的二次流动引起,离模膨胀比随着口模出口处的二次流动强度增加而增大.聚合物异型材口模挤出离模膨胀随着进口流量和聚合物熔体松弛时间的增加而增加,而随着聚合物熔体材料常数和粘度比的增大而减小.     

气辅共注成型充模流动过程全三维数值模拟

根据流体体积法思想，各变量场由多相分层流动的各相可通过体积加权平均求得，把气体视为一种拟流体，首次建立了气辅共注成型过程的理论模型。该模型较真实地反映了气辅共注成型的多相分层流动充模过程，克服了传统气辅注射成型中气相处理的弊端。同时，提出了使用VOF法、罚函数法和SUPG法等方法建立与该模型相适应的全三维数值模拟算法的指导思想，并给出了数值模拟算例。     

聚合物粘弹流变性能参数对口模挤出胀大的影响

针对聚合物口模挤出成型过程的特点,基于流变学和流体动力学理论,建立了描述其成型过程的三维等温粘弹性理论模型,并通过有限元数值模拟,系统研究了粘弹流变性能参数(松弛时间、粘度和材料常数α)对口模挤出胀大的影响规律。结果表明,当进口压力一定时,挤出胀大随着粘度的增大而减小,然而当进口流量一定时,粘度对胀大的影响不明显,而挤出胀大随松弛时间的延长而增大;并通过理论分析,揭示了其挤出胀大机理;该数值模拟研究结果与传统的挤出实验研究结论相吻合。     

聚合物水辅共注成型过程数值模拟研究

提出了一种新型水辅共注成型工艺,并针对其成型过程的特点,采用体积加权平均的指导思想,建立了描述水辅共注成型充模流动过程的全三维、纯黏性、瞬态、非等温理论模型,并基于这一理论模型,通过有限元数值模拟,开展了水辅共注成型过程的数值模拟研究,并研究了熔体注射温度对水辅共注成型过程的影响规律,结果表明:注水温度对芯层的穿透深度和宽度基本没有影响,而水的穿透深度随着注水温度增加而增加,还基于流变学理论,揭示了其影响机理。     

气辅口模完全滑移挤出成型过程的三维等温黏弹性数值模拟研究

基于先进气辅口模完全滑移挤出成型过程的特点，建立了描述其成型过程的三维等温黏弹性理论模型，并通过DEVSS／SUPG等稳态有限元技术，建立了与该模型相适应的高效稳态有限元数值算法。通过数值模拟，研究了气辅口模完全滑移挤出成型机理，并给出了不同材料流变性能与其离模膨胀形貌的规律性关系，还揭示了其影响机理。数值模拟结果与R．H．Liang的实验结论相吻合。     

水辅助共注射成型充填过程的数值模拟研究

基于黏度幂率模型,建立了水辅共注成型充填流动过程的瞬态、纯薪性、非等温的理论模型,并采用有限体积法对水辅共注成型过程进行数值模拟。研究了内外层注射量、内外层熔体流变指数比、注水温度、注水速度、注水延迟时间、内层熔体温度和模壁温度等因素对充填过程的影响规律,并根据流变学理论阐述了其影响机理。     

气辅共挤成型界面不稳定的数值模拟研究

提出全新的气辅共挤成型工艺,基于气辅共挤成型特点建立了理论模型,通过数值模拟系统研究聚合物流变性能和工艺参数对气辅共挤成型界面不稳定性的影响规律,揭示其影响机理。研究表明,随着高粘层熔体与低粘层熔体粘度比的增大,或温度比和速度比的减小,界面不稳定性均会加剧,气辅共挤成型粘度比比传统共挤成型可调范围宽。     

黏弹性聚合物熔体多相成型界面不稳定的机理分析

基于动网格法和EVSS/SU等混合有限元技术，建立了黏弹性聚合物多相成型界面不稳定的数值模拟系统，模拟结果与Matsunaga的理论研究和Yamaguchi的实验研究结论相符合。通过研究流率、黏度和松弛时间（弹性）对界面不稳定的影响规律，发现在相应条件下流率、黏度和松弛时间都能使界面变得不稳定，而界面两侧第一法向应力差的阶跃是导致黏弹性界面不稳定的根本原因，进而揭示了黏弹性界面不稳定的机理，并对生产实践提出了若干指导原则。     

平面激波诱导斜界面失稳的大涡模拟

近年来国内外学者从多个角度深入地研究了经典平面激波与相界面之间的相互作用规律,但针对平面激波与气-液斜界面的研究仍不够系统和全面,探究平面激波驱动气-液斜界面失稳过程的演化规律在超声速燃烧和惯性约束聚变等工程应用中具有重要的实际意义。本工作结合VOF模型和大涡数值模拟方法,研究了平面激波诱导气-液两相斜界面变形和湍流混合的现象,分析了入射激波马赫数、入射激波初始倾角和斜界面倾角等因素对界面失稳的影响规律。结果表明,入射激波马赫数大小是界面失稳现象发展的主要影响因素,增大激波马赫数可明显地增强界面变形和湍流混合现象的发展程度。入射激波初始倾角和斜界面倾角对界面失稳发展也有一定影响。随着入射激波和斜界面倾角增大,相同时刻时的湍流混合区宽度相应增加。     

共注成型芯层熔体前沿突破研究

在塑料共注成型中，芯层熔体前沿突破是导致废品的主要原因，其成型机理至今尚未弄清。为此就聚合物流变性能参数和工艺参数对芯层熔体前沿突破的影响进行了实验研究和数值模拟，建立了聚合物流变性能参数、工艺参数与芯层熔体前沿突破的规律性关系，并结合流变学理论揭示了其影响机理。     

固体推进剂螺旋压伸挤出过程流变模型建立

在对固体推进剂的螺旋压伸过程进行研究的基础上,探究了一种新型的固体推进剂流变模型的建立方法,即采用最小二乘法拟合基于毛细管流变仪测试所得数据,得到初步固体推进剂流变本构模型,利用Polyflow有限元仿真软件模拟毛细管流变仪测试过程,对流变本构模型参数进行修正,确定最终的推进剂流变本构模型。通过实验数据拟合与有限元模拟相结合的方法建立推进剂的流变本构模型,为用有限元法仿真模拟固体推进剂的螺旋挤出过程奠定基础。结果表明,采用数据拟合和数值模拟相结合得到的推进剂流变模型进行模拟实验得到的数据与真实数据误差均在10 %左右,符合数值模拟预期结果。     

基于声发射监测的岩石水压致裂实验研究及数值模拟分析

采用岩石破坏过程渗流-应力耦合分析软件,考虑岩石岩性、节理裂隙状态、注水孔形状及大小、岩石强度、密度、渗透率及加载方式等影响因素,模拟研究了岩石水压致裂过程中的岩石损伤演化过程及破裂规律.同时结合室内物理实验和水压致裂数值模拟,对两种条件下的模拟实验结果及其应力—应变曲线进行对比分析,揭示了岩石水压致裂过程的裂隙岩体失稳规律,得出深部矿井采动渗水和突水过程中,覆岩裂纹起裂、扩展、渗水、突水,失稳破裂的全过程规律,数值模拟结果和实验结果具有较好的一致性,对矿山防治突水灾害有一定的理论指导意义.     

Cohesive Zone Modeling of Propellant and Insulation Interface Debonding

The reliability of the bonding of propellant to insulation is a key part of the analysis of rocket motor structural integrity. In this study, the debonding of the propellant/insulation interface was investigated by combining experiment and simulation. The improved exponential cohesive zone model and the bilinear cohesive zone model were used to predict the fracture properties of the adhesive interface. Double cantilever sandwich experiments and uniaxial tensile tests were performed to determine the corresponding model parameters. Furthermore, cohesive parameters were calibrated by applying an inverse analysis based on Hooke-Jeeves optimization algorithm. Good agreement was observed between the numerical simulation of double cantilever sandwich beam tests and the experimental curves. These results demonstrate that cohesive zone models can simulate the crack initiation and propagation of propellant/insulator interface in mode I. The bilinear law was shown to be more suitable for simulating fracture of the propellant/insulation interface in a strict sense than the exponential law. The numerical load-displacement curve was found to be sensitive to all cohesive parameters.