中心澆口圓盤注塑件中纖維取向的預(yù)測(cè).pdf

1、隨著纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料(FRP)的廣泛應(yīng)用，對(duì)其性能的研究也越來(lái)越迫切。不同于其他的增強(qiáng)材料，由于纖維較長(zhǎng)，會(huì)在流場(chǎng)中出現(xiàn)取向，使得纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料呈現(xiàn)出各向異性。對(duì)纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料的研究主要集中在纖維的取向上。在研究中，一般以纖維懸浮流作為研究對(duì)象，對(duì)于纖維在空間的取向情況，可以用兩個(gè)Euler角來(lái)描述，建立這兩個(gè)Euler角隨時(shí)間的變化關(guān)系，就可以得到纖維在流場(chǎng)中的取向情況。
　　 Jeffery在1922年得到了

2、懸浮在不可壓縮的牛頓流體中的單纖維的運(yùn)動(dòng)方程。本文將Jeffery方程帶入到三維流場(chǎng)，并且為了消除方程中一些數(shù)學(xué)表達(dá)上的奇異性，引入隨體坐標(biāo)的概念，得到了Jeffery方程的較為簡(jiǎn)潔的表達(dá)形式。以此為基礎(chǔ)，建立了一個(gè)中心澆口圓盤模型，通過(guò)對(duì)此模型的研究，得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論：
　　 (1)流場(chǎng)中的纖維有兩種運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，一是在流場(chǎng)的作用下做周期性的轉(zhuǎn)動(dòng)，另一種是趨于漸進(jìn)地轉(zhuǎn)到某一位置。
　　 (2)在模型的表面層，由于只有剪切

3、作用，纖維的取向是平行于剪切的方向。纖維在此流場(chǎng)之中做周期性的轉(zhuǎn)動(dòng)，但是，在取向的位置，纖維轉(zhuǎn)動(dòng)很慢，而在其他位置，纖維轉(zhuǎn)動(dòng)很快，纖維大部分時(shí)間是處于平行于剪切方向的取向。
　　 (3)在模型的中心層，只存在拉伸作用，纖維的取向狀態(tài)是平行于拉伸方向，并且纖維發(fā)生取向之后，會(huì)保持取向的狀態(tài)一直到流動(dòng)結(jié)束。
　　 (4)在表面層和中心層之間的中間層，纖維同時(shí)受到剪切和拉伸的作用，其取向會(huì)出現(xiàn)兩種情況，一是平行于剪切方向，另一

4、種是平行于拉伸方向。隨著高度的變化，剪切作用和拉伸作用所處的地位不同。如果剪切占主導(dǎo)，纖維較多地平行于剪切方向取向，如果拉伸占主導(dǎo)，纖維較多地平行于拉伸方向取向。
　　 (5)纖維的取向還同時(shí)受到纖維初始角，注射速度以及纖維長(zhǎng)徑比的影響。纖維的初始角會(huì)影響到剪切流場(chǎng)中纖維的取向速度和剪切流場(chǎng)中的纖維轉(zhuǎn)動(dòng)速度；隨著注射速度的增加，纖維在剪切流場(chǎng)和拉伸流場(chǎng)之中的轉(zhuǎn)動(dòng)速度都會(huì)加快；纖維的長(zhǎng)徑比在拉伸流場(chǎng)之中影響較小，但是在剪切流場(chǎng)中，