欧美日韩精品一区二区视频在,亚洲av无码精品国产成人,欧美在线观看一区二区三,国产亚洲精品AA片在线播放网址

在聚合物加工領(lǐng)域中，擠出成型是一種非常重要的加工手段，而擠出口模對制品的質(zhì)量有很大的影響。通過(guò)傳統的試錯法來(lái)設計擠出口模，主要依靠設計人員的經(jīng)驗和直覺(jué)，缺乏科學(xué)依據，具有很大盲目性，使得模具生產(chǎn)周期長(cháng)，成本高，而且質(zhì)量也難以保證。目前國內對于擠出口模設計的研究多集中在截面形狀較簡(jiǎn)單的型材上，對于截面形狀復雜的異型材，因其擠出口模的多樣性以及口模構型和口模內熔體流動(dòng)的復雜性，使得其口模的設計理論還很不成熟。而近十多年來(lái)，國外越來(lái)越多的研究人員將計算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）軟件用于擠出成型口模的數值模擬，其研究成果極大地促進(jìn)了聚合物工業(yè)的發(fā)展，POLYFLOW就是其中常用的CFD模擬軟件之一。 

POLYFLOW是采用有限元法主要針對粘性和粘彈性的流體進(jìn)行流動(dòng)問(wèn)題模擬的CFD軟件，其基本的程序結構如圖1。作為FLUENT的一個(gè)組件，它具有強大的解決非牛頓流體及非線(xiàn)性問(wèn)題的能力，且其具有很多種流動(dòng)模型，可以解決聚合物、食品、玻璃等加工過(guò)程中遇到的多種等溫／非等溫、兩維／三維、穩態(tài)／非穩態(tài)的流動(dòng)問(wèn)題，可用于擠出、吹塑、熱壓等各種成型方法的模擬計算。 

由于POLYFLOW軟件能夠處理帶有自由表面的流動(dòng)問(wèn)題，因而被大量地用來(lái)研究聚合物熔體的擠出脹大現象。此外，在給定擠出物的截面形狀后，POLYFLOW還能通過(guò)其“逆向擠出”（inverseextrusion）功能，模擬分析口模的尺寸。在口模設計過(guò)程中，為了得到需要的制品形狀，要預先設計口模形狀，而不是對于給定的口模來(lái)設計制品形狀，這就涉及逆向擠出問(wèn)題。其基本過(guò)程就是在確定制品形狀后，用POLY-FLOW的重新生成網(wǎng)格的功能和漸變法對制品自由表面和口模內的固定部分及自適應部分進(jìn)行設定，并對其進(jìn)行反復迭代計算以得到合適的口模形狀和尺寸。下面以工字型制品的擠出口模設計為例，介紹POLYFLOW逆向擠出在口模設計中的應用。

1、數學(xué)模型的建立 

根據機頭流道的特點(diǎn)和聚合物的特性，作出如下假設：流體為非牛頓粘性流體，其流變特性滿(mǎn)足冪律方程；高聚物熔體的雷諾數都比較小，可以認為熔體在機頭內的流動(dòng)為層流；認為是穩定流場(chǎng)，即流場(chǎng)的分布于時(shí)間無(wú)關(guān)；慣性力和重力等體積力遠遠小于粘滯力，可以忽略；流體為粘性不可壓縮流體；流場(chǎng)為等溫場(chǎng)。 

根據高聚物熔體在加工過(guò)程中具有的連續性和動(dòng)量守恒，再結合以上假設，就可以建立機頭內部流動(dòng)的數學(xué)模型。 

2、幾何模型的建立及其網(wǎng)格劃分 

POLYFLOW所需要建立的有限元網(wǎng)格，通常用其前處理器GAMBIT建立，對于幾何形狀簡(jiǎn)單的模型可以直接在GAMBIT中建立其幾何模型并對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。對于幾何形狀復雜的模型可以先用CAD建模軟件（如SOLID-WORKS,PRO/E等）來(lái)建立幾何模型，然后將其存為一定格式的文件（如IGES文件），最后將其導入GAMBIT中對其進(jìn)行修改和網(wǎng)格劃分。在建立幾何模型時(shí)，可以根據模型的結構形狀及分析結果的要求對模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，如軸對稱(chēng)的三維模型，如果分析結果允許，可以只分析軸截面，從而將三維問(wèn)題簡(jiǎn)化為二維問(wèn)題，可以大大節省分析時(shí)間和成本；對于面對稱(chēng)的模型可以只分析它的一半，由一半的結果通過(guò)對稱(chēng)得到整個(gè)面的結果。模擬的工字型口模流道，其截面尺寸和形狀見(jiàn)圖2。

由于圖2中零件的結構比較簡(jiǎn)單而且存在兩個(gè)對稱(chēng)面，所以直接在GAMBIT中建立其幾何模型并對其四分之一進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到7552個(gè)六面體單元，并設定其邊界及區域類(lèi)型。 

3、分析任務(wù)的建立 

劃分完模型的網(wǎng)格后，將其存為mesh文件，并導入POLYDATA中，在POLYDATA中設置、分析任務(wù)的物理模型、材料特性和邊界條件等。 

3.1任務(wù)的選擇 

在POLYDATA中任務(wù)的選擇包括任務(wù)性質(zhì)的選擇、幾何模型的選擇和模擬類(lèi)型的選擇。其中，任務(wù)的性質(zhì)包括有限元任務(wù)和混合任務(wù)?；旌先蝿?wù)主要用來(lái)分析流體軌跡，對流動(dòng)進(jìn)行統計分析。除了混合任務(wù)其余都可以選擇為有限元任務(wù)。幾何模型的類(lèi)型包括2維平面對稱(chēng)模型（在2維迪卡爾坐標系下描述2維速度場(chǎng)）、2維軸對稱(chēng)模型（在2維柱坐標系下描述2維速度場(chǎng)）、2.5維平面對稱(chēng)模型（在2維迪卡爾坐標系下描述3維速度場(chǎng)）、2.5維軸對稱(chēng)模型（在2維柱坐標系下描述3維速度場(chǎng)）和3維幾何模型。模擬的類(lèi)型包括穩定狀態(tài)、時(shí)間依賴(lài)和漸變的模型。漸變的模型應用于由于流動(dòng)參數導致非線(xiàn)性而存在收斂問(wèn)題的模型，它通過(guò)一種連續設置功能使得流動(dòng)參數從一個(gè)初值向滿(mǎn)意的值逐漸接近。本例中因為設置口模壁面的滑動(dòng)邊界條件時(shí)，要對滑動(dòng)系數采用漸變法，同時(shí)因為所建模型為3維模型，所以這里采用3維漸變有限元模型。 

3.2子任務(wù)的選擇 

在POLYDATA子任務(wù)的選擇中包括子任務(wù)模型的選擇、子任務(wù)區域的選定、材料參數的設定、邊界條件的設置、重新生成網(wǎng)格設置等。 


3.2.1子任務(wù)模型的選擇 

POLYDATA中可用的子任務(wù)模型包括廣義牛頓流動(dòng)問(wèn)題、達西流動(dòng)問(wèn)題（多孔介質(zhì)）、熱傳導問(wèn)題和粘彈性流動(dòng)問(wèn)題。根據相應的流體和要解決的問(wèn)題，選擇相應的模型。因為主要分析的是廣義牛頓流體，因而采用等溫廣義牛頓流動(dòng)模型。 

3.2.2子任務(wù)區域的選定 

為了能夠對自由表面和口?；瑒?dòng)壁面分別應用重新生成網(wǎng)格技術(shù)，以實(shí)現對口模形狀的精確描述，計算區域被分成了兩個(gè)子區域，即口模外存在自由表面的擠出物區域和口模內存在滑動(dòng)壁面的流體區域。因為在考察的問(wèn)題中兩個(gè)區域都涉及到，所以選定這兩個(gè)區域為子任務(wù)的區域。 

3.2.3材料參數的設定 

材料參數常用的選項包括粘度對剪切速率的依賴(lài)關(guān)系、粘度對溫度的依賴(lài)關(guān)系、多孔介質(zhì)和流動(dòng)粘度、微分粘彈性模型、積分粘彈性模型、密度、慣性項、熱膨脹系數、熱傳導、單位質(zhì)量熱容、粘性發(fā)熱、重力和平、均溫度等。因為假設流場(chǎng)為等溫流場(chǎng)且不考慮重力及慣性力的影響，所以只需要定義粘度對剪切速率的依賴(lài)關(guān)系，選擇冪律本構方程，并設定其稠度為30，冪律指數為0.75。 

3.2.4邊界條件的設置 

常用的邊界類(lèi)型包括接觸面、施加法向速度和切向速度、施加法向力和切向力、施加法向力和切向速度、施加法向速度和切向力、滑動(dòng)邊界、對稱(chēng)面、人口流動(dòng)、出口流動(dòng)、自由表面、施加體積力、施加迪卡爾速度等。在對計算區域入口采用體積流率，Q=80cm3/s,速度曲線(xiàn)設為有POLYFLOW自動(dòng)確定；出口區域設為所受切向力及法向力為0；口模壁面設為滑動(dòng)邊界，因為動(dòng)態(tài)方程引入的非線(xiàn)性使得模擬過(guò)程難以收斂，所以對滑動(dòng)邊界的滑動(dòng)系數采用漸變法，以促使模擬過(guò)程的收斂；口模以外與空氣接觸的壁面設為自由表面；最后設置2個(gè)對稱(chēng)面。 

3.2.5重新生成網(wǎng)格的設置 

重新生成網(wǎng)格技術(shù)適用于存在自由表面或移動(dòng)界面的問(wèn)題，網(wǎng)格的一部分會(huì )因為自由表面或移動(dòng)界面位置的變化而受到影響，這項技術(shù)的功能是根據邊界各點(diǎn)位置的變化重新定義內部的點(diǎn)。POLYFLOW中常用的生成網(wǎng)格技術(shù)包括Thompson轉換法（適用于2維和3維流動(dòng)問(wèn)題）Spines法（適用擠出、注射等問(wèn)題）、Euclidi-an法（適用于2維流動(dòng)）、薄殼法（適用于吹塑和熱成型）以及優(yōu)化網(wǎng)格（適用于3維擠出問(wèn)題）等。因為模型中存在自由表面，它的位置是未知的，所以要對自由表面采用重新生網(wǎng)格技術(shù)。同時(shí)因為模擬任務(wù)為逆向擠出問(wèn)題，靠近出口區域的口模壁面位置是變化的，需要將其設為動(dòng)態(tài)壁面，所以也要對口模壁面采用重新生成網(wǎng)格技術(shù)。這里對兩處局部重新生成網(wǎng)格區域均采用針對三維擠出的網(wǎng)格重新生成技術(shù)。 

完成以上各項設置后，保存退出，生成解決問(wèn)題所需data文件。 

4、問(wèn)題的求解 

運行POLYFLOW對所設置的問(wèn)題進(jìn)行求解，并察看分析過(guò)程的列表文件，確定分析是否收斂和達到預定的精度要求。若不收斂或者未達到預定的精度要求，分析其原因，同時(shí)可以參考專(zhuān)家系統所提建議，重新打開(kāi)data文件對所定義的問(wèn)題進(jìn)行修改，然后再次運行POLY-FLOW進(jìn)行求解。 

5、查看分析結果 

分析成功后，運行FLUENTPost,查看分析結果。用2個(gè)對稱(chēng)面鏡像模擬結果，得到模擬所得的口模形狀及其相應的制品形狀。模擬所得的口模形狀能夠為生產(chǎn)出合格的模具提供有價(jià)值的參考。如果需要根據模擬結果進(jìn)行下一步設計，可以用圖形顯示中查看口模形狀的坐標值，或者將其存為文本文檔進(jìn)行查看。如果還要對所得口模進(jìn)行進(jìn)一步的計算機輔助設計和數控加工，可在任務(wù)設置的輸出設置中選中輸出IGES格式，然后將IGES格式文件導入CAD軟件進(jìn)行處理。 

6、結語(yǔ) 

詳細描述了POLYFLOW模擬工字型制品口模形狀的過(guò)程，展示POLYFLOW逆向擠出功能在聚合物擠出口模設計過(guò)程中的作用，能夠為口模形狀設計提供科學(xué)依據，大大縮短口模生產(chǎn)周期并降低其成本，而對于形狀復雜的異型材和變形嚴重的發(fā)泡異型材，其意義則更為重大。