低密度聚乙烯熔体毛细管挤出的数值模拟

借助2种微分型黏弹性本构模型DCPP模型和S-MDCPP模型来描述支化高分子熔体的复杂流变行为,并采用离散的弹性黏性应力分裂方法（DEVSS）/迎风流线方法（SU）解决黏弹性流体流动过程中的对流占优问题以及缺少椭圆算子的问题,进而用基于有限增量微积分（FIC）方法的压力稳定型分步算法求解质量守恒方程、动量守恒方程,对低密度聚乙烯（PE-LD）熔体在毛细管中的流动情况以及挤出胀大过程进行模拟,并把模拟结果和实验结果进行比较。结果表明,在低剪切速率时,模型预测的挤出胀大比和壁面剪切应力与实验结果比较接近;2种模型预测的速度、应力以及主链拉伸的吻合程度较好,说明2种模型均能较好地预测PE?LD熔体在毛细管中的复杂流变行为;同时表明计算S-MDCPP模型时所采用的算法是可靠的。     

方柱绕流中聚乙烯熔体流变行为的数值模拟

采用了DCPP和S-MDCPP两种模型分别描述低密度聚乙烯熔体的本构行为。在迭代分步算法中引入了改进的有限增量微积分(FIC)法,并采用离散的弹性黏性应力分裂技术(DEVSS)/迎风流线(SU)法解决黏弹性流动分析中的对流占优问题。讨论了S-MDCPP模型预测的速度、压力及主链拉伸分布随Weissenberg(Wi)数的变化。结果表明,两种模型预测的速度、主应力差等色条纹和主链拉伸分布吻合较好;随Wi的增大,速度及压力均增大。     

单螺杆挤出过程熔体输送段数值模拟方法

综述了应用于螺杆挤出成型过程熔体输送段数值模拟的各种计算方法，根据挤出过程聚合物流场控制方程，介绍了几种有代表性的聚合物本构关系，包括线性黏弹性和非线性黏弹性本构方程。概述了有限差分法、有限元法、有限体积法和边界元法等数值计算方法的特点和应用范围，并针对聚合物熔体流动模拟中的迭代收敛性和稳定性、耦合和解耦合、高Weissenberg数等问题进行了讨论，指出应该根据研究目的和实际情况选择适宜的本构方程和数值方法。     

三维熔体前沿界面的Level Set追踪

给出三维Level Set方程,采用五阶加权本质无振荡格式进行空间离散,通过算例验证了该算法的正确性及追踪三维运动界面的准确性。进而将Level Set算法和同位网格有限体积法进行耦合,模拟了注塑成型充填阶段的三维流动过程,准确追踪到了不同时刻熔体前沿界面,预测并分析了流动过程中不同时刻的压力、速度等重要流动特征。数值结果表明,该方法可追踪三维熔体前沿界面,预测充填过程中的重要流动特征。     

高速微注射成型中熔体充填模式及裹气机理研究

塑料为了准确模拟聚合物熔体在型腔中的流动及前沿位置和形态,建立了熔体、气体两相流流动模型,构造了熔体流动的黏弹性本构关系,用无量纲方法建立了熔体流动前沿的气体、熔体流动的统一控制方程和本构方程,并采用水平集方法预测和跟踪熔体流动前沿,模拟了熔体在低速、中速、高速条件下的流动状态和充填模式,分析了高速微注射成型中气孔产生的原因和可能出现的位置,开展了实际产品的高速微注射成型实验,比较了模拟结果和实验结果。研究表明,熔体充填模式与注射速度、材料特性、型腔尺寸密切相关,在喷射充填模式下可能产生裹气。     

塑料熔体三维流动的数值模拟

塑料熔体是具有记忆性的非线性黏弹性流体，为了准确分析板材挤出模具中熔体的流动，采用了积分型本构方程描述熔体的流变行为，同时给出熔体在狭缝流道中的控制方程。根据控制方程的特殊性，提出了把有限元半解析法应用于求解黏弹性流体流动问题这一思想，从而建立了有限单元体法，同时给出求解非线性有限元方程组的迭代方法，并采用以上方法对熔体在狭缝流道中的流动进行求解分析，将结果与三维有限元解法的结果相比较，证明结果是精确的，表明采用上述方法模拟熔体在狭缝中的流动是简便可行的。     

聚苯乙烯/CO2发泡体系的气泡生长过程模拟

以聚苯乙烯/CO2发泡体系为研究对象,利用细胞模型推导出了基于牛顿流体本构方程、幂律流体本构方程、dewitt黏弹性本构方程3种本构方程的气泡生长数学模型,通过比较分析得出了最适合该发泡体系的气泡生长模型,并研究了熔体弹性和非牛顿性质等物性参数对气泡生长过程的影响。结果表明,dewitt模型能更加准确地反映实际的气泡生长的过程;聚合物熔体弹性在生长初期对气泡生长有明显的促进作用;聚合物熔体的非牛顿性质对于气泡生长全过程都有影响。     

气体辅助注射成型充模流动模拟

本文建立了描述气体辅助注射成型充模流动过程的数学模型,并采用有限元/有限差分混合算法进行数值求解,在对移动边界的处理上采用控制体积法对充模过程中的两类移动边界:熔体前沿、熔体-气体边界进行跟踪,从而实现气体辅助注射成型充模过程的数值模拟。通过对一平板带厚筋结构进行数值分析验证了本文给出的理论算法及软件的可靠性。     

注塑成型充填过程的可压缩流动分析

注塑成型过程中,熔体在型腔中的流动和传热对制品质量性能有重要的影响.为了预测注塑制品的收缩、翘曲和力学性能,精确预测充填过程的流动及传热历史是十分必要的.本文考虑熔体的可压缩性及相变的影响,将充填过程中熔体的流动视为非牛顿可压流体在非等温状态下的广义Hele-Shaw流动.采用有限元/有限差分混合方法求解压力场和温度场,采用控制体积法跟踪熔体流动前沿,并应用Visual C++实现了注塑充填过程的可压缩流动分析.为了保证能量方程各项在单元内边界的连续性,结点能量方程各项由单元形心处的离散值加权平均获得,因而,能量方程在计算区域内整体求解.对两个算例进行了分析,模拟结果与实验结果的对比,验证了本文数值算法及程序.     

C形口模共挤出胀大的三维黏弹数值研究

运用有限元方法,采用PTT本构方程和Arrhenius黏度对温度依赖方程,对C形共挤口模中的聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)两熔体进行了三维非等温黏弹数值研究,主要研究了口模入口端熔体层间界面位置（r）对挤出胀大率和界面位置稳定性的影响,研究表明,随着r的增大,口模出口处熔体的二次流动程度减弱,挤出胀大率减小;在两熔体入口流率相等的情况下,取使得两熔体入口面面积近似相等的r值,能保证口模内及口模出口端熔体层间界面位置稳定性较好。     

气辅注射成型矩形腔中熔体流动的数值模拟

应用Hele-Shaw物理模型和改进的Ｃross流变模型对辅助射成型过程中充填区域内熔体的流动进行数值模拟,采用控制体积法对充模过程中的熔体前沿、熔体－气体边界进行跟踪,运用有限元／有限差分混合数值方法求解气体注射阶段的速度场、压力场、温度场,以图表的形式列举了不同时刻压力场的分布和充模过程中的流线图。在计算过程中,采用压力场和温度场耦合的方法。     

中心浇口圆盘模腔正弦脉动充模分析

聚合物动态注射成型通过螺杆的轴向振动实现熔体脉动充模。利用Tanner本构模型建立了中心浇口圆盘模腔正弦脉动充模过程的数学模型,分析了振动参数对注射压力及熔体输送功率的影响。当充模过程的平均注射速率不变时,在一定频率与振幅范围内,模腔入口处的压力随振动源振幅(频率)的增大而增大,但其平均值降低;充模过程中输送熔体所需要的功率降低。     

纤维增强塑料的充模流动和纤维取向的耦合仿真模型

分析充模流动、纤维取向耦合仿真的特点,在此基础上提出充模流动、纤维取向耦合仿真模型,可对充填和后充填阶段的可压缩流体的非对称流动,以及由于熔体流动引起的三维纤维取向行为进行统一建模,并且两者相互耦合,在耦合程度上考虑了由于增强纤维存在并且取向引起的熔体流动类型、流变学性质和本构方程的变化.     

三维非等温非牛顿流体充模过程的建模与模拟

为了避免使用速度延拓法处理自由表面边界条件,更真实地反映非牛顿熔体的充模过程,耦合Navier-Stokes方程组,建立了三维实体气液两相流模型。采用基于SIMPLE算法的同位网格有限体积法求解流场物理量,并结合Level Set界面追踪技术实现了非等温熔体充模阶段的动态模拟。为防止出现三维情形下棋盘型压力场,利用同位网格动量插值技术,解决压力与速度失耦的问题。分析了充模过程中,流场物理量的变化情况,研究了注射速率、入口温度等对充模过程及熔体凝固层厚度的影响,得出了与实验相吻合的模拟结果。数值结果表明,三维实体气液两相流模型能更准确地描述聚合物熔体的充模过程;当注射速率较大、入口温度较高时,充模时间较短,熔体凝固层的厚度较小。     

注塑充模流动过程灵敏度数值分析

从注塑模充模过程控制方程出发,建立了注塑成型充模过程物理场对设计参数瞬态连续灵敏度分析理论,得到了充模过程压力场、温度场、速度场等物理场对设计参数的灵敏度控制方程.数值分析沿用了注塑模流动分析的基本思想,压力灵敏度采用有限元法、通过对时间和厚度方向的差分求解温度灵敏度,借助于控制体积的概念得到运动边界灵敏度分析.数值算例分析了注射压力对注射流率、熔体温度的设计灵敏度,与数值实验吻合良好.     

层叠流道中聚合物共挤过程的数值模拟

采用Bird-Carreau本构方程,利用Polyflow分析软件对尼龙6(PA6)/三元乙丙橡胶(EPDM)熔体在叠层流道中的共挤过程进行了三维等温黏弹数值模拟,对比分析了2种熔体在不同体积流率下在叠层流道中的压力场、速度场和层间界面位置和形貌的情况。结果表明:入口体积流率的变化对界面的位置和形貌有很大影响,当PA6和EPDM的入口体积流率分别为Q1=Q2=1.5 mm3/s时,PA6熔体在流动过程中逐渐侵入到EPDM熔体的流动空间中,出现界面偏移现象;当PA6和EPDM的入口体积流率分别为Q1=1 mm3/s,Q2=2 mm3/s时,无界面偏移现象,共挤物形态良好。     

聚合物共挤成型界面位置的三维黏弹数值模拟

采用Giesekus本构方程,建立了预测方形截面共挤口模中两种聚合物熔体层间界面形状和位置的三维黏弹数值模型,利用polyflow进行了数值求解,将计算结果同Karagiannis等的实验结果进行了比较,并分析了模拟误差产生的原因。结果表明：此数值模型能较为准确地预测共挤层间界面位置,数值模拟所得界面略高于实际界面,口模中央位置模拟误差较小,在壁面处略大。界面表面张力和壁面边界条件是影响共挤界面数值模拟准确度的主要因素。     

黏弹特性对模内微装配成型热流固耦合变形的影响

建立了综合考虑二次成型黏弹性熔体充填流动约束环境影响的模内微装配成型过程黏弹性热流固耦合变形机理的理论模型,并通过有限元数值模拟,研究了二次成型熔体黏度对模内微装配成型过程黏弹性热流固耦合变形的影响规律。结果表明,黏弹性热流固耦合作用诱导的预成型微型轴变形的驱动力来源于微装配界面形成的热流固耦合压力和黏性拖曳剪应力,而二次成型熔体流动的弹性正应力对耦合变形具有抑制作用,微装配界面的热流固耦合载荷和微型轴的变形均随着二次充填熔体的黏度增大而增大,减小二次成型熔体黏度有利于提高其微装配加工精度。     

脉动注射对螺线槽模腔熔体流动性能的影响

采用阿基米德螺线槽模具对脉动注射充模过程中聚合物熔体的流变行为进行了实验研究,分析了振动力场对聚合物熔体充模流动性及模腔不同位置聚合物熔体充模压力的影响。结果表明,振动力场的引入有利于降低聚合物熔体的表观粘度,改善熔体的流动性,减小熔体在充模过程的压力损失。这种效果尤其对表观粘度高的聚合物熔体更为明显。     

基于黏弹性热流固耦合作用的模内微装配成型过程数值模拟

模内微装配成型技术有望成为高效低成本产业化聚合物微小机械系统制造技术,而如何准确预测和精确控制热流固耦合变形仍是其工业化的技术瓶颈。为此研究建立了考虑二次黏弹性熔体充填流动边界约束作用的模内微装配成型黏弹性热流固耦合变形的理论预测模型,研究表明热流固耦合变形受控于微装配面所承受的热流固耦合压力、黏弹性支撑正应力、黏性摩擦拖曳剪切应力和微型轴的抗变形刚度,且随成型熔体注射速度提高而减小,而微型轴近表面局部跨越393 K区域的PMMA刚度急剧下降是导致微型轴热流固耦合变形随熔体注射速度增加而减小的主控因素。