注塑成型因具有生產(chǎn)效率高、成型精度高、易于成型復(fù)雜形狀制品等優(yōu)點(diǎn)而成為塑料成型加工領(lǐng)域中最重要的方法之一。在注塑成型充填和保壓過(guò)程中,材料性能、模具結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)等對(duì)型腔內(nèi)熔體的流動(dòng)狀態(tài)、熱狀態(tài)和受力狀態(tài)產(chǎn)生非常重要的影響,直接關(guān)系到最終制品的外觀質(zhì)量和力學(xué)性能。然而,傳統(tǒng)的解析和實(shí)驗(yàn)研究方法難以解決注塑成型這一復(fù)雜的工程問(wèn)題。隨著計(jì)算流變學(xué)理論的日趨成熟,數(shù)值模擬為研究聚合物熔體充填和保壓過(guò)程提供了一種強(qiáng)有力的工具。目前,大多數(shù)充填和保壓過(guò)程的數(shù)值模擬研究都基于2.5維粘性模型,無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)厚壁或復(fù)雜型腔內(nèi)粘彈性聚合物熔體的復(fù)雜流變行為以及熱力學(xué)行為。鑒于此,本文針對(duì)注塑成型過(guò)程中熔體流動(dòng)及傳熱的特點(diǎn),首先給出了合理描述三維非等溫粘彈性聚合物熔體充填和保壓過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。其次,針對(duì)上述三維計(jì)算模型,發(fā)展了有效求解相應(yīng)控制方程的數(shù)值方法。最后,結(jié)合區(qū)域擴(kuò)充技術(shù),成功模擬了三維復(fù)雜型腔內(nèi)非等溫粘彈性聚合物熔體的充填和保壓過(guò)程。本文主要工作如下:(1)為了突破2.5維模型的限制,采用描述粘性熔體充填過(guò)程的三維非等溫牛頓-粘性兩相流數(shù)學(xué)模型。該模型基于Level Set函數(shù)將型腔內(nèi)氣體和粘性...

【文章頁(yè)數(shù)】：140 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 聚合物流動(dòng)過(guò)程的研究綜述
        1.2.1 聚合物流體的本構(gòu)方程
        1.2.2 粘彈性流體流動(dòng)的數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
    1.3 注塑成型過(guò)程及流動(dòng)誘導(dǎo)殘余應(yīng)力的研究綜述
        1.3.1 充填過(guò)程數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.3.2 保壓過(guò)程數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
        1.3.3 注塑成型流動(dòng)誘導(dǎo)殘余應(yīng)力研究現(xiàn)狀
    1.4 本文的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排
第二章 三維Level Set方法及數(shù)值格式
    2.1 Level Set方法
        2.1.1 Level Set演化方程
        2.1.2 重新初始化方程
    2.2 數(shù)值求解格式
        2.2.1 WENO格式
        2.2.2 TVD Runge-Kutta時(shí)間離散格式
    2.3 修正的Level Set方法
    2.4 修正Level Set方法的有效性驗(yàn)證
    2.5 本章小結(jié)
第三章 三維注塑成型充填過(guò)程的數(shù)學(xué)模型和數(shù)值方法
    3.1 熔體前沿界面追蹤方程
    3.2 三維粘性熔體充填過(guò)程的數(shù)學(xué)模型
        3.2.1 牛頓-粘性流體兩相流模型
        3.2.2 Cross-WLF粘度模型
        3.2.3 邊界條件
    3.3 三維粘彈性熔體充填過(guò)程的數(shù)學(xué)模型
        3.3.1 牛頓-粘彈性流體兩相流模型
        3.3.2 非等溫XPP本構(gòu)模型
        3.3.3 XPP本構(gòu)方程的能量源項(xiàng)
        3.3.4 應(yīng)力邊界條件
    3.4 粘彈性流體流動(dòng)與傳熱的數(shù)值方法
        3.4.1 控制方程的離散
        3.4.2 基于同位網(wǎng)格的動(dòng)量插值方法
        3.4.3 界面應(yīng)力插值
        3.4.4 非等溫粘彈性熔體充填過(guò)程的計(jì)算流程圖
    3.5 模型與數(shù)值方法的有效性驗(yàn)證
        3.5.1 潰壩問(wèn)題
        3.5.2 Oldroyd-B流體平面Poiseuille流
        3.5.3 等溫XPP流體圓柱繞流
        3.5.4 非等溫XPP流體圓柱繞流
    3.6 本章小結(jié)
第四章 三維粘性熔體充填過(guò)程的數(shù)值模擬
    4.1 引言
    4.2 PP和 ABS材料基于Cross-WLF模型的流變曲線
    4.3 平板型腔充填過(guò)程模擬
    4.4 區(qū)域擴(kuò)充法
    4.5 帶嵌件型腔充填過(guò)程模擬
    4.6 半球殼型腔充填過(guò)程模擬
    4.7 本章小結(jié)
第五章 三維粘彈性熔體充填過(guò)程的數(shù)值模擬
    5.1 引言
    5.2 等溫粘彈性熔體充填過(guò)程模擬
        5.2.1 熔體前沿界面的演化
        5.2.2 壓力分布
        5.2.3 流動(dòng)誘導(dǎo)殘余應(yīng)力分布
        5.2.4 XPP模型流變參數(shù)對(duì)法向應(yīng)力差的影響
    5.3 非等溫粘彈性熔體充填過(guò)程模擬
        5.3.1 熔體前沿界面的演化
        5.3.2 壓力分布
        5.3.3 溫度分布
        5.3.4 流動(dòng)誘導(dǎo)殘余應(yīng)力分布
        5.3.5 成型工藝參數(shù)對(duì)法向應(yīng)力差的影響
        5.3.6 能量源項(xiàng)對(duì)法向應(yīng)力差的影響
    5.4 本章小結(jié)
第六章 三維粘彈性熔體保壓過(guò)程的數(shù)學(xué)模型及數(shù)值模擬
    6.1 引言
    6.2 三維粘彈性熔體保壓過(guò)程的數(shù)學(xué)模型
        6.2.1 控制方程
        6.2.2 Tait狀態(tài)方程
    6.3 數(shù)值方法
        6.3.1 控制方程離散
        6.3.2 基于延遲修正的高分辨率AVLSMART格式
        6.3.3 壓力方程
        6.3.4 CLEAR算法的實(shí)施步驟
    6.4 模型及數(shù)值方法的有效性驗(yàn)證
    6.5 三維粘彈性熔體保壓過(guò)程的數(shù)值模擬
        6.5.1 平板型腔保壓過(guò)程模擬
        6.5.2 半球殼型腔保壓過(guò)程模擬
    6.6 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 全文總結(jié)
    7.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 研究展望
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表論文情況
致謝



本文編號(hào)：3856903