Three-Dimensional Finite Element Simulation and Analysis of Half-Club Coextrusion Processes

The three-dimensional flow of non-Newtonian polymer melts in coextrusion dies was analyzed based on finite element simulations. Simulation results, especially the interface predictions were discussed. The effects of flow rate ratio and the roughness of die wall on the interface were examined farther. It is found that the flow rate affects the shape and location of the interface notably. The velocity of fluid flow mainly controls the shape and location of the interface. Increasing that the higher slipperiness of the fluid path can make the velocity field more uniform and the interfacial offset less.     

Three-Dimensional Nonisothermal Simulation of Multi-Layer Extrusion Processes of Polymer Melts

The three-dimensional, nonisothermal, generalized Newtonian polymeric fluid flow (LPDE/PS) in coextrusion dies was simulated using the finite element method with evolutionary technique. Simulation results, especially the interface predictions, velocity profiles, and temperature profiles were discussed. The simulated interface shape was compared with that obtained by the previous researchers, and the simulated results were confirmed. The effects of fluids' temperature and flow rate ratio on the interface of LDPE/PS are further examined. Increasing temperature of more viscous fluid (PS) can influence the interface location. It is also found that the flow rate affects the shape and location of the interface notably. The velocity of fluid flow mainly controls the shape and location of the interface.     

微孔塑料挤出成型中气泡长大过程的数值模拟

选用广义牛顿流体等温条件下气泡长大的细胞模型,并利用Polyflow软件的用户自定义模块编制发泡成型口模中泡孔半径及熔体密度的计算模块,可实现微孔塑料挤出口模中气泡长大过程的数值模拟。     

LNG管道热应力分布有限元模拟

介绍了LNG管道保冷结构以及外表面温度法计算保冷层厚度,应用有限元分析软件对LNG低温长输管道算例进行了稳态温度场及热应力场分布模拟计算。计算结果表明：管道和保冷层交界面部位热应力达到最大值,随着保冷层半径的增加热应力逐渐减小。     

塑料挤出吹塑冷却阶段温度场的有限元分析

挤出吹塑中冷却与固化阶段温度场的演化对制品的最终性能有很大的影响。首先,建立塑料挤出吹塑制品冷却过程热传递问题的教学模型;然后,利用有限元软体POLYFLOW求解数学模型获得制品冷却过程的温度场;最后,在有限元模型基础上分析了不同内冷方式、制品壁厚以及初始温度对制品温度场的影响。     

钢塑复合异型材共挤流道内熔体流动特性的数值模拟

结合钢塑复合共挤工艺特点,建立了复合共挤出流动的数学模型。采用有限元分析软件Ansys对钢塑复合中空异型材共挤流道内熔体的三维等温非牛顿流动进行了数值模拟;讨论了内部芯材以不同速率移动时,流道内熔体压力、速度和粘度的分布特点及变化规律,并与普通异型材挤出进行了对比。结果表明:随着芯材移动速率的提高,流道内压降减小;在熔体与芯材接触结合区域,压力和速度梯度明显增加,粘度减小,易出现不稳定流动;流道内熔体有较高的轴向速率,径向速率对称分布,其流动特征为典型的收敛流动;由于芯材在牵动,熔体最大流速出现在口模成型段,即挤出熔体与芯材的会合处。     

边界单元法在聚合物加工研究中的应用

将边界单元法引入聚合物加工过程粘性流场的数值计算中，并与其它数值计算方法进行了比较。结果表明边界单元具有计算量少，计算精度高等优点，便于推广应用，以挤出机排气段熔体输送流场求解为例，说明了边界单元法的实际应用。     

基于材料边界的挤出温度场数值模拟

利用“材料边界”概念,应用传热学、有限元法和有限差分法基本原理,用线性三节点三角形单元数值求解了挤出冷却过程的截面瞬态温度场。将定型模与型材同时进行网格剖分,忽略定型模与型材之间的几何边界,利用物性参数不同而自然形成的物理边界,解决了定型模具与型材之间边界换热系数难以确定的问题,建立了相应的数学模型。通过将同一截面不同时刻的温度场分布与不同截面相同时刻的温度场进行等价,得到了该冷却过程的三维温度场。     

搅拌槽内湍流流场的数值模拟

搅拌槽在过程工业中的应用非常广泛,对搅拌槽内流场的研究具有十分重要的意义。实验研究方法具有局限性,基于计算流体动力学的数值模拟方法是研究流场的重要方法。文中介绍了搅拌流场的数值模拟方法和湍流模型,分析了各自的特点及其应用情况,总结了搅拌模拟时边界条件的处理情况,并指出了未来的发展方向。     

最大叶片式桨流体动力学性能的数值模拟

运用CFD方法研究了最大叶片式桨在层流区域内的流体动力学性能,模拟体系为高粘度牛顿流体和非牛顿流体,主要考察桨叶的功耗特性、Metzner常数、剪切性能和排液性能. 结果表明,功耗计算值与文献实验值基本一致;桨叶的Metzner常数ks=10与流变行为指数n无关;搅拌形成双循环流型,釜中部桨叶所在区剪切速率大、排液量大,产生的漩涡流也大,导致剪切效率低于0.5;随雷诺数增加(Ren=1.4, 5.0, 7.6),全釜平均剪切速率(3.40, 9.91, 15.05 s-1)和全釜平均排液量(0.0014, 0.0033, 0.0052 m3/s)逐渐增加,尤其是桨叶下端两翼区平均剪切速率(4.36, 11.48, 16.35 s-1)和平均排液量(0.0026, 0.0064, 0.0095 m3/s)增加相对较大. 说明Ren增加,搅拌混合作用加强,剪切速率大产生的界面积大,排液量大使高低剪切区内流体快速循环,有利于流体高效混合.     

L形异型材共挤胀大及变形的三维非等温数值模拟

采用PTT本构方程,应用Arrhenius方程来描述温度对黏度的影响,建立了L形双层共挤模型,通过有限元方法分析了聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）熔体的三维非等温黏弹流动过程,对比分析了2种材料在不同组合情况下口模出口面的速度场、剪切速率场以及共挤出胀大和变形情况。结果表明,L形分层共挤的胀大和变形不仅与2种熔体黏度差异有关,还与口模截面形状有关;黏度较低的PP会向黏度较高的PS一侧偏转,且PP有包覆PS的趋势;黏度较低的PP位于L形内侧时共挤出胀大和变形程度大于其位于外侧时,且两熔体黏度差异越大,两方案的共挤出胀大和变形程度的差异越大。     

基于边界元法求解二维Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹断裂参数

对于平面复合型裂纹,由于不同的断裂模式,1J积分与应力强度因子有关。因此,必须另外分析如何分离应力强度因子。2J积分结合1J积分或应变能释放率(SERR),可以用于有效的离散和计算应力强度因子。本文介绍III?复合型裂纹的1J,2J的计算,展示了两个各向同性和均质材料属性的示例,在不同裂纹形状和荷载条件情况下,得到了应力强度因子和1J,2J的相应积分值。     

基于Druck-Prager和MISO模型的混凝土 三轴压缩行为有限元模拟

本文采用有限元分析软件ANSYS模拟了不同围压(0,25.5,51.2 MPa)条件下素混凝土圆柱试样压缩响应特征。首先,综合对比分析了Druck-Prager模型及多线性强化(MISO)模型的模拟效果。此外,进一步基于MISO模型分析了混凝土试件端部约束条件对模拟结果的影响。最终得到的主要结论包括:(1)单轴压缩条件下,有限元模拟结果与试验结果一致性较好,且Druck-Prager模型更适宜模拟混凝土体应变特征;(2)施加围压时,MISO模型所得抗压强度较保守,而Druck-Prager模型高估了混凝土抗压强度;(3)就MISO模型而言,端部摩擦约束对混凝土应力—应变曲线无显著影响,但会加剧混凝土体积膨胀(剪胀)。     

基于有限元模拟的表面活性剂压裂吞吐参数优化方法研究

表面活性剂吞吐开发低渗透油藏,可以改善地层流体在多孔介质中流动能力.低渗透油藏一般都经压裂开发,因此低渗透油藏表面活性剂吞吐必然涉及裂缝内流体的滤失、地层内的达西流动以及地层多孔弹性能释放等因素.为了研究低渗透油藏表面活性剂压裂吞吐特征,模拟了表面活性剂吞吐过程中地层内流体流动规律,研究了注入过程中注入压力和注入流量之...     

复合材料拉挤成型过程中温度和固化度的数值模拟研究

本文对拉挤成型过程中热传导方程和固化度动力学方程进行了数值分析，确定了拉挤模具内温度和固化度属于强耦合关系。使用有限元软件IFEPG和FORTRAN语言为平台开发出一计算机程序，并使用该程序模拟出在一定工艺参数下拉挤模具内温度和固化度的分布，着重探讨了拉挤速度对模具内温度和固化度分布的影响。     

旋转圆盘应力分析有限元数值模拟

首先给出了等速旋转圆盘弹性应力分布的理论公式，然后进行有限元数值模拟，详细给出分析模型的建立、载荷和约束条件，给出数值模拟的结果，并对模拟结果与理论结果进行了对比，而且引入一个实际例子进行了上述一系列的分析。     

有限差分波动方程正演模拟中的吸收边界条件

在地震波传播的数值模拟过程中,在有限的区域内建立吸收边界条件是一个很重要的问题。主要运用有限差分的方法对二维声波方程进行正演模拟,介绍并分析了利用有限差分的方法进行波动方程正演模拟过程中的几种吸收边界条件。先通过理论阐述,然后通过建立均质模型和层状介质模型来研究不同吸收边界条件下的边界吸收效果,得到对应的波场快照和单炮记录,并加以比较。通过实际验证得知当运用完全匹配层(PML)吸收边界条件时吸收效果最好,基本上不产生虚假反射。     

Cavern Boundary Determination with Pseudoplastic Fluid Based on the Apparent Viscosity Method

The cavern characteristics of xanthan gum solutions stirred by impellers of a perturbed six-bent-bladed turbine (6PBT) were investigated numerically using computational fluid dynamics (CFD) with laminar flow model. The apparent viscosity method was proposed to determine the boundary of the cavern. The cavern sizes predicted by apparent viscosity were in good agreement with the calculated results, and this method was not influenced by speed and impeller configuration. However, the predicted results of the cavern by the traditional speed method usually displayed a great deviation, especially at high speed. Therefore, it is feasible to determine the cavern boundary with the apparent viscosity, i.e., 0.25 times the yield viscosity of a pseudoplastic fluid, as the unified standard.     

Equal Low-Order Finite Element Simulation of the Planar Contraction Flow for Branched Polymer Melts

The rheological characteristics of branched polymer melts is described by the modified XPP model, which is discretized by inconsistent streamline-upwind method. A finite increment calculus procedure is introduced to reformulate the mass equation and to overcome oscillations of the pressure field. Moreover, the governing equations are discretized and solved by the iterative fractional step algorithm. Thus the equal low-order finite elements for velocity-pressure-stress variables are adopted to calculate the planar contraction viscoelastic flows. The influences of the Weissenberg number and the amount of branched-arms on the rheological behavior of the Pom-Pom molecule are discussed. Results demonstrate good agreement with those given in the literatures.