异型材挤出成型过程三维等温黏弹性的数值模拟

针对异型材挤出成型流动过程的特点，基于PTT黏弹性本构模型，经合理假设，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、最小元法Mini—Element和罚函数法等稳态有限元技术，建立了与该模型相适应的快速收敛的稳态有限元数值算法，并以此通过有限元数值模拟，系统研究了松弛时间和进口流量对异型材挤出成型过程的影响，得出了离模膨胀随松弛时间、进口流量增大而增大的规律。并通过理论分析，揭示了第一法向应力差决定离模膨胀的机理。数值模拟结果与传统的挤出实验研究结论相吻合。     

注塑充模过程中温度场的全三维数值模拟

注塑充填过程中,聚合物温度的变化直接影响到成型过程的各个方面,因此,对注塑流动过程中温度场的准确预测具有重要意义.采用有限元方法对注塑充填过程中温度场的三维数值分析进行了研究.没有采用传统的Hele-Shaw薄壁假设,而是全面考虑了对流项在各个方向的影响,提出了一种全三维的温度场计算的数学模型和数值实现方法.采用Galerkin法对能量方程进行了三维有限元离散,同时,为保证数值计算过程的稳定性,采用上风法来处理对流项和黏性热项.模型可预测非牛顿非等温流体在任意厚度型腔内流动时的温度场.和二维模型相比,它具有更加广泛的适用范围,计算结果也更准确.数值算例证明了给出的模型和算法的可靠性.     

直圆锥形衣架机头非等温三维流场的数值模拟

选用Carreau和近似Arrhenius二种数学模型，提出假设条件，利用Polyflow软件对直圆锥型衣架机头内的流场进行三维非等温有限元模拟和分析，得到不同截面上不同层面的速度、压力和温度分布曲线图。根据分布曲线图进行分析处理，总结得出熔体在机头内的运动规律及特点。     

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。     

注塑机螺杆头三维等温流场的数值模拟

使用Polyflow软件建立注塑机两种螺杆头的三维流道模型,并采用机筒静止、螺杆旋转及进行周期性往复运动的运转条件进行等温数值模拟,求解出了各自流道内的速度场、压力场和剪切应力场。对数值模拟结果的分析表明,有螺纹的螺杆头能更好地减少PVC熔料的停滞热解,增强塑化作用,但是与无螺纹螺杆头相比在防止熔料倒流方面略显不足。     

注射成型过程数值模拟的辩证认识

注射成型模拟软件的发展十分迅速,本文从基础层面讨论数值软件的根本问题     

浮法玻璃成型过程的数值模拟

建立了浮法成型过程的数学模型,并用三维有限元方法,模拟了5mm浮法玻璃成型过程,分析了拉边机在浮法玻璃成型中的作用以及拉制过程中玻璃的应力、位移、厚度分布。在玻璃拉制过程中,x方向应力主要集中在机头后区域;y方向应力主要集中在机头和玻璃带接触的地方;x方向应力沿玻璃板宽度方向分布,且范围较广;发现了实验中存在的速度“穿越”现象。模拟结果与实验结果的比较表明,建立的数学模型很好地模拟了浮法玻璃成型过程。     

聚氨酯反应注射成型固化过程数值模拟

依据反应动力学和能量守恒方程的基本理论，对聚氨酯反应注射成型的固化过程进行了合理的假设和必要的简化，建立了体系反应程度和温度的数学模型。采用显示有限差分法并结合数学软件Matlab对固化过程进行了动态模拟.结果表明：固化初始的20s内交联反应剧烈。体系迅速升至最高温度，交联度达到80％所需时间与经验值一致．约为17s。同时为优化反应注射成型工艺因素，探讨了催化剂浓度、原料初始温度和模具温度等对体系的影响。结果表明：催化剂浓度增加，使体系固化周期缩短，制品内部交联度的变化减小，但延长了制品处于高温部分的时间；模具温度主要影响制品壁面附近的反应，而物料初始温度则能影响到体系的最高温度，尤其是在低模温情况下更加明显.     

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.     

环形片材机头流道三维非等温流动的数值模拟

利用前期流变实验所获得的PP/CO_2粘度数据,对纯PP本构方程的各项参数进行修正。通过有限元软件Polyflow分析了含有发泡剂时聚丙烯在环形片材机头流道中的流动特性。模拟结果表明:流道压力场随着口模间隙、流道外壁温度和注气量的增大以及进料量的减小呈规律性的降低;口模间隙对压力场影响最大,口模间隙过大(>4 mm),流道即会出现过早的预发泡;注气量、进料量和口模间隙的变化基本不影响流道温度场。     

注塑机止逆螺杆头三维等温流动的数值模拟

使用聚合物流动分析软件Polyflow，模拟了注塑机止逆螺杆头中的三维等温流场。选用聚苯乙烯（PS）作为模拟流体，分析了塑化和注射两个过程中注塑机止逆螺杆头流道内熔体速度和剪切应力的分布情况，并将无止逆环螺杆头与止逆螺杆头的流场进行了比较。数值模拟结果表明：塑化时熔体速度和剪切应力的最大值均出现在沟槽处，注射时二者均出现在流道出口处；止逆螺杆头沟槽处熔体的回泄量和回泄速度较无止逆环螺杆头小得多，且沟槽处回泄的熔体到达止逆环时已被完全消除。这说明止逆环的存在可以有效地防止熔体回泄。     

基于数值模拟的塑料薄板拉伸成形研究

利用有限元软件为塑料薄板双向拉伸成形过程建立了有限元计算模型 ,并进行了计算和分析 ,将原用于结构计算的有限元软件引用于薄膜成形工艺领域。文中深入研究了从管坯到薄膜吹胀成型过程中的厚度分布变化和半径分布变化 ,并给出了结论。     

聚合物熔体全三维非等温数值模拟

采用基于交错网格的有限体积法(FVM)离散了4大方程,给出了能量方程的全三维离散格式。运用SIMPLE算法求解了矩形截面流道内熔体的速度场和压力场,通过耦合动量方程和能量方程,进而得到整个机头流道内温度的分布。计算中采用了Carreau流变模型,并给出了作为温度函数的流动指数n的解析表达式。模拟结果表明:在入口区,熔体从近壁面区域向流道的中心区域汇集,进入全展流区后,熔体的流场不再变化;熔体内温度分布较为复杂,影响因素众多。     

塑料薄膜在流延辊上冷却过程的数值模拟

用Fluent软件对塑料薄膜在流延辊上的冷却过程进行了数值模拟,分析了塑料薄膜在流延辊上的冷却机理及塑料薄膜、冷却水、流延辊之间导热、对流、辐射综合的非稳态传热过程,得到了塑料薄膜及流延辊辊面温度的变化规律以及塑料薄膜冷却速率的主要影响因素。实际应用结果表明:该研究能为流道参数的优化及流延辊结构的合理设计提供指导。     

双L环塑料桶的成型及工艺难点分析

本文介绍了双Ｌ环塑料桶的成型技术及工艺特点,讨论了设备结构、工艺参数对制品性能的影响,分析了生产中常遇到的工艺难点问题,并提出了解决问题的方法。     

塑料托盘的成型加工

阐述了塑料托盘特点、主要的成型加工方法,介绍了托盘的主要技术标准.     

吹塑中膨胀过程的计算模拟

模型采用二维6节点单元分割,预测轴对称高密度聚乙烯吹塑制品壁厚的分布。预测的壁厚和实验结果吻合的很好。实验还发现最初厚度非均匀性和侧壁的非等温性对膨胀特性及壁厚有很大影响。     

结晶型聚合物注射成型数值模型优化

以聚丙烯为研究对象,分析了结晶型聚合物注射成型过程中晶态结构对成型工艺的影响,提出了结晶项和黏度变化因子的计算模型,优化了聚合物宏观本构方程。通过实例的模拟分析和对比,证明所提出的基于结晶微结构特征的优化模型是行之有效的。该模型为注射成型的准确模拟和制品性能预测提供了依据。     

流延法生产塑料薄膜传热过程数值模拟

对流延法生产塑料薄膜的传热过程进行了数值模拟,得到了流延辊内壁温度分布及塑料薄膜温度随时间变化曲线。在进行流延辊辊体设计时,可以忽略辐射及空气对流的冷却作用而按照稳态问题进行计算;流延法生产塑料薄膜的冷却速率决定于空气夹层厚度及辊面温度,并指出了提高塑料薄膜质量及提高塑料薄膜生产速率的方法。     

定型模内塑料异型材冷却过程数值模拟的研究

综述了国内外对塑料异型材在定型模内冷却过程数值模拟技术的研究概况,同时介绍了作者在该方面研究的最新进展。