DOD 式压电喷墨打印系统液滴形成过程的数值模拟

目的研究DOD式压电喷墨打印系统液滴形成过程。方法简化压电式喷墨打印头的几何模型,建立基于流体体积法的流体仿真模拟系统,模拟给定压力条件下液滴生成的全过程,并以此进行数值实验来评估油墨的表面张力和黏度对喷墨中液滴形成形态的影响。结果给出不同瞬间液滴的形态,得出适合于给定条件的最优参数组合。引入流体力学中的无量纲常数Z,评价表面张力和油墨黏度在耦合作用下液滴的成形状态。确定表面张力约为40 mN/m、黏度约为10 Pa·s、无量纲常数Z为4.56的油墨能够得到理想的单液滴喷射形态。结论将仿真的结果应用到实验中,对比分析可知吻合较好,证明了数值模拟的可靠性。     

柔性基底喷墨打印墨滴数值模拟与实验

目的研究喷墨过程中流体物性参数对喷墨质量的影响。方法采用数值模拟方法,基于流体体积法建立仿真模型,以不同粘度和表面张力的流体为研究对象,通过分析墨滴形成及铺展过程的形态变化,探索流体的物性参数(粘度、表面张力)对于墨滴成形过程的影响,得出高质量喷墨印刷的流体物性参数范围,并在柔性基底上印刷UHF(超高频)天线来验证模拟结果的可靠性。结果使用无量纲常数Z表征流体的可喷印性能,数值模拟结果表明表面张力为40 m N/m,粘度为10 Pa·s的墨水能达到良好的喷印状态。结论通过实验观测墨水的喷射过程,与模拟结果对比具有较高的重合度,数值模拟结果可以较准确地预测墨水印刷质量,经测量可知印制天线满足使用要求。     

气泡在幂律流体中长大过程的有限元数值模拟

针对幂律型流体,建立了气泡在有限聚合物熔体内长大过程的有限元模型。气泡内气体遵守理想气体定律,且气泡边界处发泡剂浓度与气泡内气体压强符合亨利定律。采用Galerkin方法对有限元控制方程进行求解,并编写了计算程序。采用隐式差分法对扩散方程中的时间导数项进行离散,确保了数值计算的稳定性。采用幂律型流体本构关系描述聚合物流变性质,计算了不同材料的物性参数和工艺参数对气泡长大过程的影响。     

基于压电‒弹性‒流体耦合的压电喷墨打印研究

目的 通过研究双极性梯形波的时间参数和电压幅值对液滴喷射的影响，确定合适的驱动波形，旨在避免卫星液滴出现的同时提高压电喷墨打印头液滴喷射的速度。方法 利用ANSYS Workbench平台仿真分析压电喷墨过程，对压电–弹性–流体双向流固耦合模型和两相流模型进行分布结构分析，根据液滴状态及喷射速度优化驱动波形。结果 最终确定双极性梯形波的时间参数为4、14、4、20、4 μs，电压幅值为15 V和35 V，加载该驱动波形，液滴喷射平均速度达3.1 m/s，且液滴状态较好，无卫星液滴出现。结论 驱动波形的时间参数和电压幅值对压电喷墨打印头喷射液滴的速度和卫星液滴的控制有一定的影响，通过对驱动波形进行优化可以提高压电喷墨打印头喷射液滴的质量。     

盐水液滴真空蒸发过程的热力学研究

基于质量与能量守恒原理、热力学理论和相变传热传质原理,建立了单个盐水液滴真空蒸发过程的数学模型,对比理论模拟结果与实验数据,验证了模型的有效性。通过模型计算探讨了液滴的无量纲面积,液滴内部浓度分布和温度分布随时间的变化,理论分析了盐水液滴真空蒸发过程中温度变化的影响因素。结果表明,抽真空过程中,盐水液滴内部存在显著温差,而浓度梯度很小。最终环境压力、液滴初始盐分浓度和初始直径对温度变化影响显著;而液滴初始温度对真空蒸发过程影响很小。     

气辅共挤出流道中聚合物流动过程的数值分析

建立了气辅条件下两种聚合物在矩形流道中共挤出流动的三维非等温数值分析模型。用粘弹性流体模型(PTT模型)描述熔融聚合物的特性,Arrhenius方程表示流动对温度的依赖性,并且考虑聚合物相对于流道壁面的滑移以及不相容聚合物熔体间滑移的边界条件。用有限元方法数值模拟了聚合物成型过程,将计算结果与普通共挤出成型流动进行了对比分析。结果表明,气垫层的加入,将使聚合物熔体的压力降减低20%～40%;使流道出口处的速度场分布均匀,速度场的最大值下降约50%;气垫区聚合物的自由流动还将对共挤出界面的形状和位置有一定的影响。     

气泡在幂律流体中长大过程的有限元数值模拟EI北大核心

针对幂律型流体,建立了气泡在有限聚合物熔体内长大过程的有限元模型。气泡内气体遵守理想气体定律,且气泡边界处发泡剂浓度与气泡内气体压强符合亨利定律。采用Galerkin方法对有限元控制方程进行求解,并编写了计算程序。采用隐式差分法对扩散方程中的时间导数项进行离散,确保了数值计算的稳定性。采用幂律型流体本构关系描述聚合物流变性质,计算了不同材料的物性参数和工艺参数对气泡长大过程的影响。     

基于喷墨印刷的OTFT的制备与性能研究

介绍了喷墨印刷技术和OTFT的结构,通过建立几个模型,分别模拟了喷墨印刷过程中聚合物油墨的粘度和喷墨印刷过程中的瞬间油墨液滴的状态,以及印制成型后OTFT基本的性能.通过模型模拟来展示在用喷墨的方法来印制OTFT的过程中需要注意的问题,并且作出了对印制好的OTFT的性能的测定指标.     

聚合物熔体粘弹性本构方程

概述了聚合物熔体粘弹性本构方程的发展历程，给出了有代表性的线性粘弹性和非线性粘弹性本构方程的各种形式的数学表达式，讨论了它们的特点及应用范围，旨在为聚合物熔体流动数值模拟中本构方程的选择提供帮助。     

非等温粘弹流体平板收缩流的数值模拟

基于线性PTT本构模型对非等温粘弹流体4∶1平板收缩流进行了模拟,其中分子松弛时间、聚合物黏度与温度的依赖关系通过WLF公式描述。控制方程采用同位网格有限体积法求解,速度-压力以及速度-应力间的耦合采用动量插值技术处理。文中给出了不同We数下粘弹流体等温和非等温情况下流场和应力场的变化情况,分析了温度对流场和应力场的影响,考察了Pe数、We数以及能量方程中参数k对温度场的影响。     

喷墨印刷液滴的铺展特性研究

目的 研究喷墨印刷液滴相关参数对其铺展特性的影响，为喷墨印刷质量的研究奠定基础。方法 采用Fluent软件，基于VOF(Volume of Fluid)法，建立液滴撞击光滑承印物表面并铺展的仿真模型，采用PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法对速度和压力进行耦合，分析液滴相关参数对其撞击铺展的影响规律。结果 当液滴飞行速度为6 m/s、接触角度为40°、液滴流体黏度为0.005 Pa.s、液滴直径为0.08 mm时，液滴撞击光滑承印物表面的铺展系数最大，铺展程度最好，铺展特性最优。结论 铺展系数随液滴直径、流体黏度和接触角的增大而降低，随飞行速度的增大而增大。     

Inkjet Printing of Polymers: State of the Art and Future Developments

Inkjet printing is considered to be a key technology in the field of defined polymer deposition. This article provides an introduction to inkjet printing technology and a short overview of the available instrumentation. Examples of polymer inkjet printing are given, including the manufacturing of multicolor polymer light‐emitting diode displays, polymer electronics, three‐dimensional printing, and oral dosage forms for controlled drug release. Special emphasis is placed upon the utilized polymers and conditions, such as polymer structure, molar mass, solvents, and concentration. Studies on viscoelastic fluid jets and the formation of viscoelastic droplets under gravity indicate that strain hardening is the key parameter that determines the inkjet printability of polymer solutions.     

纤维增强聚合物复合材料的三相动态粘弹模型及其界面结构参数

本文以复合材料界面作为中间相(界面相),借助Takayanagi的两相共混模型及Ziege的修正公式,导出了单向纤维增强聚合物复合材料的三相动态粘弹共混模型,得到了界面层的几何结构混合参数(r_i、V_i、λ_L及中间参数B)及界面相的各个动态粘弹性参数.这些参数可以根据复合材料的动态粘弹性实验结果求得,利用上述导出的模型,对玻璃纤维单向增强不饱和聚酯的动态粘弹性进行了试验,结果表明,随着温度的变化,界面相的厚度r_i、体积分数V_i及动态粘弹参数也会发生一定的变化,存在着界面相与基体相之间的相互转变.      

粘弹壁板非线性颤振滞后特性分析

分析了Kelvin粘弹力模型作用下二维壁板非线性颤振系统在分岔参数连续变化时的分岔特性以及滞后特性。采用von Karman大变形理论及Kelvin粘弹阻尼模型建立二维壁板动力学方程,采用线性活塞理论建立气动力模型。利用伽辽金法将壁板颤振模型转化为常微分方程组,分析了粘弹阻尼对系统稳定性的影响,并通过数值模拟研究分岔参数连续变化时该系统的分岔特性以及分岔参数的变化方向不同时该系统的滞后行为。计算结果表明,粘弹壁板颤振系统存在静止、屈曲、极限环、浑沌等复杂的运动形式,且存在明显的滞后现象。     

The effect of thermal oxidative degradation of polymers on their viscoelastic response

A model is developed for thermal oxidative degradation of polymer melts and its effect on their viscoelastic response. Based on the theory of temporary heterogeneous networks, stress-strain relations are derived for the time-dependent behavior of a polymer melt at arbitrary three-dimensional deformations with small strains. Within the fragmentation-annihilation concept, kinetic equation is proposed for the distribution of strands with various lengths in a network, and its explicit solution is obtained. Material parameters in the constitutive equations are found by fitting experimental data in shear oscillation tests on a polypropylene melt annealed at elevated temperatures for various times. Good agreement is demonstrated between the observations and the results of numerical simulation.     

复合材料固化相关黏弹性性能演化及残余应力分析

通过对复合材料固化度和温度相关黏弹性本构方程的分析,定义一个能综合反映固化度和温度等对复合材料黏弹性性能影响的无量纲参数De_m。当参数De_m都大于10~2时,复合材料基体处于流动状态;当参数De_m都小于10~(-2)时,复合材料为弹性状态;仅当部分参数De_m小于10~2而大于10~(-2)时,复合材料处于黏弹性状态。以AS4纤维/3501-6树脂复合材料为例,基于对其参数De_m在典型固化工艺过程中的演化,研究该复合材料黏弹性性能的发展过程,发现基于参数De_m分析得到的凝胶点时间与实验结果一致。根据复合材料黏弹性性能对残余应力发展的影响,将复合材料残余应力计算分为流动阶段和黏弹性阶段,并建立了相应的状态相关黏弹性本构模型。最后通过与原始模型预测结果的比较验证了提出的本构模型,表明本文提出的计算方法与原始黏弹性本构模型计算结果一致,但大大降低了计算所需的时间和存储空间。     

压电喷墨液滴撞击光滑壁面铺展行为的数值研究

目的 研究典型流体相关无量纲参数对墨滴在光滑承印物表面铺展行为的影响,确定各无量纲参数对铺展直径、铺展因子和稳定铺展时间的影响规律。方法 利用Ansys软件,建立墨滴撞击光滑壁面的数值计算模型,采用VOF模型追踪液滴形状,采用PISO算法计算压力速度耦合。引入韦伯数、雷诺数、奥内佐格数来分析墨滴撞击光滑承印物表面的铺展行为。结果 计算获得不同韦伯数、雷诺数、奥内佐格数下墨滴的最大铺展直径、最终平衡铺展直径、最大铺展因子和最终铺展时间。结论 韦伯数和雷诺数对墨滴最大铺展直径的影响较大,对最终平衡直径的影响较小。韦伯数或雷诺数越小,回缩阶段越短,越快达到平衡。韦伯数、雷诺数与最大铺展因子呈明显正相关。奥内佐格数对墨滴的最大铺展直径、最终平衡直径的影响都较小。奥内佐格数越小,回缩阶段越短,越快达到平衡,奥内佐格数与液滴最大铺展因子呈不明显的正相关性。     

蜂窝纸板静态弹性与黏弹性特性建模与参数识别

目的研究蜂窝纸板的静态力学行为。方法对蜂窝纸板试样进行压缩-恢复实验,用多项式表达试样的弹性力,用分数阶微分模拟试样的黏弹性力。考虑到试样变形和弹性力的对称性,根据压缩和恢复阶段的黏弹性力之差,利用信赖域方法识别试样的黏弹性参数,再进行试样的弹性特性参数识别。结果实验与模拟结果对比表明,提出的模型可准确模拟蜂窝纸板的力学行为,最大响应误差不超过7%。结论可利用三次多项式和五参数粘弹性模型分析蜂窝纸板的静态特性,为分析静态条件下蜂窝纸板的力学特性,研究蜂窝纸板的应力和应变的时变特性,优化包装设计方法提供了参考。     

压电式喷墨的建模与分析

通过建立一维喷墨模型,对压电式喷墨过程进行了阶段分析,并结合牛顿第二定律、动量守恒定律和能量守恒定律,对作用在压电元件上的电压与相应的压力之间关系进行了分析,对油墨在管腔中的运动进行了描述,并分析了液滴形成的条件以及形成液滴的大小和速度变化,最后通过实验分析了表面张力和喷射速度对墨滴形成的影响。