聚合物多层气辅共挤精密成型机制的数值分析

基于传统共挤成型技术,提出一种先进的气辅多层共挤精密成型技术。研究表明,气辅共挤成型技术不仅可实现挤出制品尺寸的精确自动控制,而且还起到明显的节能降耗的效果。通过建立的稳态有限元数值算法,对传统共挤成型和气辅共挤成型的成型过程和离模膨胀过程进行了系统的对比分析研究,并探讨了气辅共挤成型消除整体离模膨胀的机制。结果表明,多层共挤成型芯壳层熔体的离模膨胀是由黏弹性熔体的二次流动引起,主要取决于芯壳层熔体二次流动的方向与强度。熔体二次流动的方向与第二法向应力差的正负号有关,而熔体二次流动的强度则与第二法向应力差大小成正比。气辅共挤成型的气辅口模段可通过气垫膜层的壁面完全滑移作用,有效减小或消除芯壳层熔体的第一和第二法向应力差,使其二次流动消失,从而达到消除口模整体离模膨胀的目的。因此,气辅多层共挤精密成型技术能精确地控制共挤成型的复合产品最终外形和尺寸与挤出口模的形状和尺寸完全相同。此外,研究结果还表明气辅共挤成型的挤出压力相对传统共挤成型可降低约30%以上。     

新型自复位黏弹性阻尼支撑力学性能研究

提出了一种新型的自复位黏弹性阻尼支撑(self-centering viscoelastic damping brace,SCVEDB),该支撑利用形状记忆合金的拉伸变形和黏弹性材料的剪切变形共同耗散能量,同时利用形状记忆合金的超弹性特性复位。设计和加工了SCVEDB最基本的模型,对该支撑试件进行了循环往复荷载作用下的力学性能试验,研究了位移幅值、加载速率、SMA丝数量、黏弹性材料的厚度对其性能的影响,同时通过割线刚度、耗散能量、等效阻尼比、自复位比4个参数量化分析了SCVEDB的力学性能。对SMA丝进行了循环拉伸试验,利用OpenSees平台建立了SMA的材料本构数值模型,然后将其与模拟黏弹性材料的Bouc-Wen模型并联,建立了该支撑的力学模型,进而模拟了支撑的力学性能,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

一维受限聚合物黏弹性的研究进展

随着纳米科技的快速发展,纳米尺度聚合物薄膜的黏弹性引起了学术界的广泛关注。研究发现,当薄膜的厚度降低至与高分子链尺寸相当时,聚合物薄膜的黏弹性表现出显著偏离本体的行为。文中总结了一维受限态下聚合物薄膜黏弹性的研究进展,介绍了一维受限聚合物体系黏弹性的研究方法及其偏离本体的可能机理,最后对受限聚合物黏弹性的研究给予了展望。     

毛细管中聚乙烯熔体流动的数值模拟与实验

分别采用2种微分型黏弹性本构模型——DCPP模型和S-MDCPP模型模拟了线型低密度聚乙烯熔体在毛细管中的流动情况,并与实验结果作比较.为了保证数值计算的稳定性,采用离散的弹性黏性应力分裂方法(DEVSS)/迎风流线方法(SU)在动量方程中引入椭圆型算子,并抑制高Weissenberg数下的对流占优情况.一种改进的FI...     

聚合物梯度材料黏弹性断裂的双控制参数

针对组分材料体积分数任意分布的聚合物功能梯度材料,研究其在蠕变加载条件下Ⅰ型裂纹应力强度因子（SIFs）和应变能释放率的时间相依特征。由Mori-Tanaka方法预测等效松弛模量,在Laplace变换域中采用梯度有限元法和虚拟裂纹闭合方法计算断裂参数,由数值逆变换得到物理空间的对应量。分析边裂纹平行于梯度方向的聚合物功能梯度板条,分别考虑均匀拉伸和三点弯曲蠕变加载。结果表明,聚合物梯度材料应变能释放率随时间增加,其增大的程度与黏弹性组分材料体积分数正相关;材料的非均匀黏弹性性质产生应力重新分布,导致裂纹尖端应力场强度随时间变化,当裂纹位于黏弹性材料含量较低的一边时,应力强度因子随时间增加,反之,随时间减小。而且,材料的应力强度因子与时间相依的变化范围和体积分数分布以及加载方式有关,当体积分数接近线性分布时,变化最明显,三点弯曲比均匀拉伸的变化大。SIFs随时间的延长增加或减小、加剧或减轻裂纹尖端部位的“衰坏”,表明黏弹性功能梯度裂纹体的延迟失稳需要联合采用应力强度因子与应变能释放率作为双控制参数。     

双层聚合物共挤出过程的数值模拟

以HDPE/LDPE共挤出型材为例,用有限元方法对非牛顿流体在共挤出流道内的等温流动进行了二维数值模拟。分析了模具流道收敛角、入口体积流量以及模具结构形状对流道内压力场、速度场以及界面偏移的影响。结果表明:当流道收敛角在0°<α<90°区间变化时,角度的大小对熔体界面影响不大;但当流道收敛角为90°时,共挤出区开始段出现流动死角。流道入口平流区可以使流道内的压力场均匀,有降低流道压力降的作用。HDPE/LDPE两种聚合物熔体共挤出时,其入口流率比对界面位置的影响很大。     

聚合物气辅共挤成型中挤出胀大的数值模拟

以一矩形截面共挤型材为例,采用Giesekus本构方程和Navier滑移模型建立数值模型,使用EVSS、SU等有限元方法对气辅共挤和传统共挤时两种聚合物熔体在口模内外的等温粘弹流动做了三维数值模拟,得到了气辅共挤和传统共挤时的挤出胀大率、速度场、应力场及剪切速率分布。对模拟结果进行了分析和对比,结果表明,气辅共挤能消除挤出胀大和模外熔体偏转流动现象;气辅共挤时两相熔体的速度场均匀一致,熔体流动稳定,呈柱塞状挤出;熔体表面的切向和法向应力为零,因而可有效提高挤出速率,并防止制品表面"鲨鱼皮"现象的出现。     

双组分互穿网络复合吸水材料的黏弹性研究

通过乳液聚合制备了具有分子互穿网络结构的吸水材料(WIPN).应用RS600流变仪研究了吸水材料(WIPN)吸水后的黏弹性及吸水倍率对黏弹性的影响.动态研究表明,吸水材料的固体属性远大于液体属性,弹性模量G＇的数量级为104Pa,而黏性模量G″仅在102～103Pa之间;吸水倍率升高,由于交联分子链的弹性减弱,G＇、G″均降低;随温度升高,G＇平缓降低,G″出现上升拐点,吸水倍率越高,拐点出现得越晚,说明在较高吸水倍率下,聚合物分子链处于紧绷状态,需要较高的能量才能发生应变.稳态蠕变恢复研究表明,材料弹性好,蠕变阶段不易变形,恢复能力强;吸水倍率越高,变形能力越强,残余应变越大.     

基于多线程并行计算的有限差分法弹性波数值模拟

地震波场的数值模拟技术是在已知地下介质结构和参数的情况下,利用理论计算的方法研究地震波在地下介质中的传播规律,从而合成地震记录的一种技术方法。有限差分法作为最常用的正演模拟方法之一,其基本原理是将波动方程中波场函数关于空间和时间的导数用相应差分来代替,也正是由于这种离散近似,不可避免地降低了数值模拟结果分辨率。为了有效减小数值频散造成的影响,常用的方法即是提高模型的剖分精度,采用并行计算的方法能有效提高求解效率。     

聚合物锂电池软包装材料的瓶颈突破

本文分析了聚合物锂离子电池软包装材料所处环境的复杂性和技术指标的苛刻性,描述了技术要求最苛刻,实现难度最大的软包装材料关键技术的结构组成,提出了由外阻层、阻透层和高阻隔层组成多层共挤复合锂电池软包装材料膜片,如何突破被国内行业称为难以攻克的“XIOOF阻隔层”（内层）结构的解决途径。探讨了聚合物锂离子电池电解液18种有机溶剂高挥发性物质溶胀,溶解、吸收软包装材料,严重破坏复合膜层间粘结,将铝箔腐蚀穿,使底层膜与铝箔分离的技术难点的突破方向。     

Numerical simulation of dispersed gas-liquid flows

This paper reviews the available information on numerical simulation of dispersed gas-liquid flows. Emphasis is on informing the reader about various aspects of constructing simulation models rather than giving an exhaustive literature review. The information is organised in a way so as to provide answers to the following questions: how to formulate model equations? how to select suitable algorithms and numerical techniques to solve these model equations? how to translate these into workable computer codes? how to use such codes for simulating flows in industrial equipment? Though greater emphasis is given to dispersed gas-liquid flows, the methodology can be applied to any multi-phase problem. Special features of multi-phase flow simulation over single-phase simulation are highlighted. A case of gas-liquid flow in a bubble column is presented as an illustration for the general methodology. The simulated mean flow field agrees reasonably with the experimental data. Properly validatedcfd codes thus can serve as a useful tool for design engineers of multi-phase systems. Some of the common pitfalls in using simulation codes for design are also discussed. This review is expected to give an overall idea about the present state-of-art of two-phase simulation in industrial equipment.     

基于黏弹性本构模型的热固性树脂基复合材料固化变形数值仿真模型

针对热固性树脂基复合材料热压罐成型工艺过程,采用广义Maxwell(麦克斯韦)黏弹性本构模型建立了残余应力和固化变形的三维模型。模型考虑了复合材料固化过程中的热-化学效应、材料的热胀冷缩效应、基体树脂黏弹性效应以及材料的各向异性。通过与文献中实验结果的比较,证明了所建立的模型具有较高的可靠性。对复合材料C型制件的固化过程进行了数值模拟和实验对比,比对结果表明该数值模型具有较高的准确性。     

基于多相流的LCM工艺气泡生成仿真

分析了液体模塑成型工艺（LCM）下织物预成型体中双尺度流动以及由此造成的空气裹入,进而产生细观及微观气泡的现象。基于多相流（VOF）方法建立了树脂空气两相流体在单胞内部流动的数学模型,并确定了该模型中多孔介质阻力源项和毛细力源项的具体形式。基于Fluent软件的UDF功能实现了上述两相流模型的数值求解,研究了平纹织物单胞中的两相流动以及2种气泡的生成过程。对Rovcloth 2454织物的气泡生成仿真结果显示,毛细数 Ca 对气泡的产生有决定性作用：当毛细数接近临界毛细数 Ca^c时,气泡产生量最低,而当Ca小于Ca^c时,容易产生细观气泡,反之容易产生微观气泡。通过与文献中的理论预测和实验数据对比,验证了本文算法的正确性。     

Numerical simulation of soot formation in pulverized coal combustion with detailed chemical reaction mechanism

A two-dimensional unsteady numerical simulation with a detailed chemical reaction mechanism that considers 158 species and 1804 reactions is applied to pulverized coal combustion in a mixing layer and the soot formation behavior is investigated in detail. The computational conditions and ignition process are the same as those in our previous work (Muto et al., 2017). The results show that the peak of the mass density of the soot is distributed in the region where the gas temperature is higher than the unburned gas temperature of the mixture of volatile matter and air (1300–1400?K) and lower than the flame temperature (2000?K $～$). This is due to the fact that soot formation from the precursors (C₂H₂ and C₆H₆) is enhanced as the gas temperature increases, whereas the quantities of the precursors and the produced soot are reduced due to oxidation at the higher gas temperature condition that exists close to the flame. The peak value of the mass density of the soot is also distributed in the region between the peak values of the gas temperature and the probability density function of the number of coal particles.     

Microfluidic encapsulation of cells in polymer microgels

In this Concept article, recent advances in microfluidic platforms for the generation of cell-laden hydrogel particles (microgels) are reported. Advances in the continuous microfluidic encapsulation of cells in droplets and microgels are critically reviewed, and currently used methods for the encapsulation of cells in polymer microgels are discussed. An outlook on current applications and future directions in this field of research are also presented. This article will be of interest to chemists, materials scientists, cell biologists, bioengineers, and pharmacologists.     

Numerical validation of viscoelastic responses of a pavement structure in a full-scale accelerated pavement test

This paper demonstrates the application of a generalised layered linear viscoelastic (LVE) analysis for estimating the structural response of flexible pavements. A comparison of the direct layered viscoelastic responses with approximate solutions based on the linear elastic (LE) and LVE collocation methods was also carried out. The different approaches were implemented by extending a layered elastic program with an improved computational performance. The LE and LVE collocation methods were further extended for analysis of pavements under moving loads. The methods were illustrated by analysing a pavement structure subjected to moving wheel loads of 30, 50, 60 and 80 kN using a Heavy Vehicle Simulator (HVS). The various responses (stresses and strains) in the pavement, at pavement temperatures of 0, 10 and 20°C, were measured using various types of sensors installed in the structure. It was shown that the approximated LVE solution based on the LE collocation method agreed very well with the measurements and is computationally the least expensive.     

聚醚砜-环氧树脂共混体系相分离过程的数值模拟

在热塑性聚醚砜（PES）增韧改性热固性环氧树脂复合材料的制备过程中,通过控制PES-环氧树脂树脂共混体系相分离过程实现共混物相结构的调控,能够明显改善热固性环氧基体树脂的冲击强度。考虑PES-环氧树脂共混体系在相分离过程中PES应力松弛现象以及环氧树脂固化反应现象,采用黏弹性模型描述微观相形态的具体演化路径,揭示了树脂共混体系相分离过程的机制及动力学过程,分析了PES含量、PES分子量大小、PES与环氧树脂的动力学不对称程度以及固化工艺条件等材料及工艺参数对共混体系相结构演变过程以及最终相形态的影响规律及程度,从而为优化PES-环氧树脂树脂共混体系的微观相结构打下基础。     

二元复合结构聚合物涂层的减阻机理研究

对二元复合结构聚合物涂层阻力特性与形貌特征参数之间的关系进行了实验研究,并采用计算流体力学方法对形貌效应作用下形貌壁面的阻力特性进行了数值模拟,在此基础上讨论了聚合物涂层的减阻机理。结果表明,一阶形貌特征长度以及二阶形貌分布密度对聚合物涂层的减阻性能有显著影响;在来流条件下,聚合物涂层在二元复合结构表面形貌效应作用下,近壁面流场出现涡结构和流动分离现象,导致相应区域内的流场发生漩涡空化,促使二阶凹坑内驻留的微气泡生长形成气膜,在固/液界面间构建出气相结构,以气/液剪切代替固/液剪切实现界面效应减阻,有效降低了形貌壁面的摩擦阻力。