異型材聚合物擠出與鋼塑共擠過程的有限元模擬關(guān)鍵技術(shù)及其機(jī)理研究.pdf

1、本文建立了粘性不可壓縮流體三維穩(wěn)態(tài)非等溫流動(dòng)的有限元模型；并成功應(yīng)用于聚合物擠出過程的數(shù)值模擬；進(jìn)一步深入研究了鋼塑共擠工藝，分析了聚合物熔體在模具中成型過程，獲得了主要的工藝參數(shù)對(duì)成型過程的影響規(guī)律；建立了粘彈流體三維穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的有限元模型；對(duì)聚合物擠出過程數(shù)值模擬若干關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上初步開發(fā)了聚合物擠出過程計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)。 由于有限元法能很好的處理幾何邊界不規(guī)則和邊界條件復(fù)雜的問題，目前在計(jì)算流體學(xué)中成為主要

2、的研究方法。本文以冪率型(Power-law)和Carreau模型為例，建立了粘性不可壓縮流體三維穩(wěn)態(tài)非等溫流動(dòng)的有限元模型。采用罰有限元法將連續(xù)性方程引入動(dòng)量方程，從而避免了對(duì)壓力項(xiàng)直接求解，在近似滿足不可壓縮約束條件下求解了速度場(chǎng)分布，節(jié)省了存儲(chǔ)空間和計(jì)算時(shí)間；采用StreamlineUpwind/Petrov-Galerkinformulation(SUPG)方法構(gòu)造非對(duì)稱權(quán)函數(shù)，克服了能量方程對(duì)流項(xiàng)占優(yōu)時(shí)導(dǎo)致的數(shù)值解的震蕩；對(duì)采

3、用了SUPG技術(shù)的能量方程的剛度矩陣對(duì)稱化處理，為確保數(shù)值解的穩(wěn)定性，在對(duì)角線引入了穩(wěn)定項(xiàng)，從而采用半帶寬存儲(chǔ)提高了計(jì)算的效率；耦合粘性耗散的影響，獲得了剪切生熱情況下的溫度場(chǎng)分布；運(yùn)用冪律型流體的本構(gòu)關(guān)系和Arrhenius模型計(jì)算了溫度和剪切速率對(duì)粘度的影響，使粘度在迭代計(jì)算中的結(jié)果更為真實(shí)。對(duì)模型中涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，分析了罰數(shù)、SUPG技術(shù)剛度矩陣對(duì)稱化處理技術(shù)、穩(wěn)定項(xiàng)等對(duì)計(jì)算精度和效率的影響，給出了主要參數(shù)的選取方