流動(dòng)誘導(dǎo)短纖維取向及其雙尺度耦合模型研究.pdf

1、短纖維增強(qiáng)塑料注射成型過程是一個(gè)復(fù)雜的流體流動(dòng)和定型過程,流動(dòng)誘導(dǎo)的纖維取向狀態(tài)影響制品的力學(xué)性能和最終制件的尺寸精度.熔體填充時(shí)其結(jié)構(gòu)尺寸跨越了微觀、細(xì)觀和宏觀三個(gè)范疇,各個(gè)尺度間是復(fù)雜的耦合關(guān)系.利用多尺度分析方法對(duì)加工過程中的纖維取向進(jìn)行預(yù)測(cè),建立注射成型工藝條件和最終制件中的纖維取向、制件結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能之間的定量關(guān)系,實(shí)現(xiàn)短纖維增強(qiáng)塑料注射成型過程的宏細(xì)觀雙尺度數(shù)值模擬,為開發(fā)高性能制品提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論指導(dǎo),具有理論和工程意義

2、. 本文首先以c<(d/L)<'2>的纖維懸浮稀溶液為研究對(duì)象,采用Jeffery運(yùn)動(dòng)方程描述單纖維的運(yùn)動(dòng),對(duì)簡(jiǎn)單剪切流場(chǎng)和剪切拉伸混合流場(chǎng)中纖維取向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究,同時(shí)對(duì)初始取向狀態(tài)和纖維長(zhǎng)徑比的變化對(duì)纖維取向的影響進(jìn)行了分析. 在對(duì)單纖維的運(yùn)動(dòng)規(guī)律有了初步了解后,以纖維取向分布函數(shù)為基礎(chǔ),采用取向張量的形式描述纖維的取向分布情況,聯(lián)立Fokker-Planck方程和Folgar-Tucker方程,建立了描述纖維

3、運(yùn)動(dòng)的纖維取向張量演化方程.針對(duì)四階張量所造成的取向演化方程的非封閉性,引進(jìn)混合封閉張量近似模型,得到了封閉的二維取向張量演化方程. 最后,以充模流動(dòng)過程為研究對(duì)象,在分析填充流動(dòng)過程的基礎(chǔ)上,將流動(dòng)過程分為主體流和前鋒流兩部分,主體流中只考慮長(zhǎng)度和寬度兩個(gè)方向的流動(dòng),不考慮厚度方向上的流動(dòng),而前鋒流中三個(gè)方向上的流動(dòng)都需考慮.采用體現(xiàn)纖維存在的Dilln-Armstrong方程,建立了宏細(xì)觀耦合的主體流和前鋒流流動(dòng)約束方程,為