短纤维增强聚合物共混挤出—注塑成形过程联合仿真

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dickui
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
短纤维增强聚合物比强度高、易于成形,广泛应用于汽车、电子和机械等领域。共混挤出和注塑成形分别是短纤维增强聚合物最常见的制备和成形工艺。数值模拟可以减少共混挤出与注射成形工艺的试错次数,优化材料、产品设计与工艺参数。然而,目前共混挤出和注塑成形过程的模拟仿真存在材料和工艺信息孤立,产品优化协同困难的问题,难以满足高分子产品高端化和定制化的发展需求。为此,本文开展了共混挤出-注塑成形过程的联合仿真研究,主要工作如下:首先,提出同向啮合双螺杆挤出机螺杆与模具的简化结构模型,并结合螺杆运动规律和材料参数混合定律,建立了共混挤出过程全区域一维流场的计算模型和方法。PC/ABS、PA6/GF两种材料体系下不同工艺条件(材料配比、螺杆转速和模具类型等)的温度场和压力场模拟与实验结果误差均小于10%,验证了算法的可靠性和稳定性。在全区域流场模拟基础上,建立了考虑纤维含量的纤维断裂概率模型与纤维断裂位置预测模型,构造并求解纤维断裂长度守恒方程,实现了共混挤出过程的纤维断裂模拟与纤维长度分布预测。20%、30%和40%纤维含量和25 rpm、40 rpm和55 rpm螺杆转速的玻纤增强PA6挤出模拟与实验结果相比,纤维长度分布趋势整体一致,平均纤维长度预测误差为11.74%、12.37%、16.87%(不同纤维含量)和19.80%、12.37%、23.24%(不同螺杆转速)。建立了考虑纤维含量的流变模型和PVT预测模型,并计算出等效力学性能与热膨胀系数,提出了共混挤出-注塑成形过程的联合仿真方法,实现了共混挤出过程的全区域流场模拟和纤维断裂模拟与注塑模拟和产品性能分析的贯通。为了验证联合仿真的准确性,通过模流-结构联合分析预测三种纤维含量玻纤增强PA6拉伸试样的弹性模量模拟结果,并与拉伸实验结果进行对比,相对误差分别为9.94%、8.32%、3.72%,验证了联合仿真的准确性。
其他文献
310S不锈钢具有良好的力学性能、可焊性和高温稳定性,被广泛应用于核能、化工等领域。电弧增材制造技术具有高效率低成本的优点,已在不锈钢、钛合金、高温合金等构件制造中得到应用。但是由于电弧增材成形件微观组织为铸态组织,力学性能不佳,同时电弧增材制造工艺参数对310S不锈钢微观组织和力学性能的影响尚不清楚。本文面向310S不锈钢核电管道局部结构的制造,开展了310S不锈钢超声冲击辅助电弧增材成形工艺和
学位
氢同位素在钢中易扩散渗透,导致钢材氢脆失效,在核聚变反应堆中,氢同位素之氚的渗透泄露还会造成辐射污染。目前,在钢材表面制备阻氢渗透涂层是解决氢扩散渗透的有效方法。α-Al2O3具有高理论阻氢水平和高化学稳定性,被认为是理想的阻氢材料。然而,α-Al2O3的形成温度高达1200℃以上,远超过钢的淬火回火温度,会对钢的组织及性能产生不利影响。本文采用热化学反应法,在500℃低温条件下制备α-Al2O3
学位
超高强度硼钢热冲压技术是实现汽车轻量化最为直接有效的途径。高强钢锌铁镀层(GA)板兼具屏障防护和阴极防护的双重作用,在硼钢热冲压领域中具有广阔的应用前景。如何控制热处理过程以获得镀层组织形貌、防护性能与基体性能的最优平衡,是热冲压锌铁镀层板工业化应用中面临的核心问题。本文基于快速加热技术和高强钢锌铁镀层板,研究并确立了在保证基体充分奥氏体化的同时,实现镀层短时合金化且较小Zn损失的阶梯式快速加热工
学位
6082铝合金是一种典型的Al-Mg-Si系变形铝合金,具有优异的比强度和耐腐蚀性能,是目前应用较广的锻件用铝合金之一。由于铝合金锻造过程中热力耦合条件复杂,锻件内部应变储能和微观组织分布极不均匀,容易导致锻件在随后的T6热处理过程中发生异常晶粒长大(Abnormal Grain Growth,AGG)行为,严重影响产品的力学性能。因此,研究6082铝合金在热变形和后续热处理过程的微观组织演化规律
学位
仿真是锂离子电池材料、工艺、结构、性能分析和优化的重要手段。锂离子电池仿真常采用均匀化模型,难以考虑电极微结构的影响,精确模拟电极内部的反应过程细节。为此,本文开展了锂离子电池电极微结构建模与电化学仿真软件研发工作。提出了基于断层图像的电极微结构三维重建与网格生成算法。通过区域选取和最大类间方差算法处理断层图像,并建立图像与网格的映射关系,分辨了活性材料颗粒相与孔隙相,采用单元同质化处理网格中的缺
学位
非晶合金粉末冶金工艺是解决非晶合金玻璃形成能力差,难以获得大尺寸工件问题的重要途径。但是,粉末冶金需要高温环境,非晶合金本身处于热力学亚稳态且多包含易氧化元素,其较大的比表面积更加速了表面氧化的发生。而粉末颗粒之间良好的界面冶金结合又是决定其冶金产品性能和尺寸精度的关键。因此,研究非晶合金粉末的高温氧化行为与机理是十分必要的。本论文选取Zr36Cu64和Zr55Cu30Al10Ni5两种常见的Zr
学位
砂型铸造广泛应用于汽车、工程机械等行业关键铸件的大批量生产,其生产工序多、影响因素多的特点给铸件质量控制带来重大挑战。铸件发生力学性能不达标、缺陷超标等问题往往导致铸件直接报废。目前各工艺参数和力学性能与缺陷的量化关系不明确、工艺参数设置和控制主要依靠经验和反复实验,无法对参数进行准确调整,严重影响产品质量的提升。近年来,铸造业信息化水平有了大幅提升,信息系统中记录了大量一线生产数据。为此,本文基
学位
熔模铸造是制造大型薄壁复杂铸件的重要方法之一,具有尺寸精确、表面质量好、材料利用率高等优势,蜡模充型过程作为蜡模制备的首要阶段,对最终蜡模质量具有重要影响。蜡模充型过程十分复杂,仅通过传统的“试错法”难以深刻认识其内在机理,为了实现蜡模充型工艺方案的合理设计和快速优化,有必要对蜡模充型过程进行数值模拟研究。国内外目前关于蜡模充型过程的数值模拟研究较少,且现有方法往往存在大量简化,结果参考性有所不足
学位
组织工程作为一种新兴的修复手段,受到了广泛关注。食管由于其垂直排布的肌肉层,具有各向异性的特殊结构,设计模拟食管特殊表面结构的食管组织工程薄膜是一大研究热点。食管组织工程薄膜需要有良好的生物学性能和与天然组织近似的机械性能,对材料选择和加工技术有比较高的要求。本文基于冷冻静电纺丝技术,以聚己内酯为基质材料,实现了静电纺丝聚己内酯纤维的无模板自组装,制备了模拟食管表面褶皱结构的组织工程薄膜。通过对静
学位
低体积分数(低于25%)的SiC颗粒增强铝基复合材料(SiCp/Al复合材料)具有比强度高、尺寸稳定性好、耐磨性好等优点,因此在工业中有着广泛的应用前景。但该材料在焊接过程中存在着焊缝成形差,熔池内原位反应导致SiC颗粒损失和脆性相Al4C3大量产生等问题。为解决焊缝成形差,熔池中发生原位反应产生Al4C3相等问题,本文首先在激光自熔焊接SiCp/Al复合材料时,通过在焊接位置预置Zr箔片的方式向
学位