流動(dòng)誘導(dǎo)短纖維取向分布的理論與數(shù)值研究.pdf

1、在注塑制品生產(chǎn)中，為了增強(qiáng)制品的性能，最常用的方法就是在聚合物基中添加短纖維如玻璃纖維、碳纖維。纖維的存在將最終影響到制品的彈性模量、拉伸強(qiáng)度、熱傳導(dǎo)、導(dǎo)電性能以及光學(xué)性質(zhì)等。纖維的尺寸是變化的，典型的注塑用短纖維的直徑為0.01-0.02mm，長(zhǎng)徑比為10-50，單位體積含有10，000/mm3個(gè)取向的纖維。 在注塑充填中，懸浮在熔體中的纖維由于受到變形流場(chǎng)的作用，將沿一定方向取向，并且取向會(huì)隨著不同的位置和不同的時(shí)刻而發(fā)生變

2、化。最終固化到制品中纖維取向處于一個(gè)復(fù)雜狀態(tài)，從而導(dǎo)致力學(xué)性能的各向異性。因此，理解、預(yù)測(cè)和控制纖維的取向行為，進(jìn)而控制最終制品的性能具有非常重要的意義。 本論文針對(duì)短纖維增強(qiáng)塑料，利用Jeffery單纖維的動(dòng)力學(xué)方程，解析研究了單個(gè)纖維在簡(jiǎn)單剪切流和拉伸流場(chǎng)中纖維的運(yùn)動(dòng)軌跡和取向行為，分析了剪切速率、作用時(shí)間、纖維的長(zhǎng)徑比、纖維的初始取向角等因素對(duì)纖維運(yùn)動(dòng)和取向行為的影響。 同時(shí)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)意義取向概率分布函數(shù)描述取向

3、狀態(tài)，建立了纖維取向分布函數(shù)演化的偏微分方程，即Fokker-Plank方程，結(jié)合Jeffery的只考慮流動(dòng)引起取向的方程模型，在懸浮體流變學(xué)的基礎(chǔ)上并考慮由流動(dòng)及纖維內(nèi)部影響兩個(gè)方面作用引起的取向，最后得到預(yù)測(cè)纖維取向的微分方程。 在此基礎(chǔ)上，針對(duì)于三維剪切和拉伸兩個(gè)特殊的特征流場(chǎng)，解析求解了纖維取向分布演化方程，并得到了在這兩個(gè)流場(chǎng)中纖維的取向特征。而對(duì)于復(fù)雜流場(chǎng)，采用有限差分的方法來(lái)求解這個(gè)演化方程，并得到不同時(shí)刻不同位置