流動誘導短纖維取向及其雙尺度耦合模型研究.pdf

1、短纖維增強塑料注射成型過程是一個復雜的流體流動和定型過程,流動誘導的纖維取向狀態(tài)影響制品的力學性能和最終制件的尺寸精度.熔體填充時其結構尺寸跨越了微觀、細觀和宏觀三個范疇,各個尺度間是復雜的耦合關系.利用多尺度分析方法對加工過程中的纖維取向進行預測,建立注射成型工藝條件和最終制件中的纖維取向、制件結構和力學性能之間的定量關系,實現(xiàn)短纖維增強塑料注射成型過程的宏細觀雙尺度數(shù)值模擬,為開發(fā)高性能制品提供基礎數(shù)據(jù)和理論指導,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象,采用Jeffery運動方程描述單纖維的運動,對簡單剪切流場和剪切拉伸混合流場中纖維取向的運動規(guī)律進行了研究,同時對初始取向狀態(tài)和纖維長徑比的變化對纖維取向的影響進行了分析. 在對單纖維的運動規(guī)律有了初步了解后,以纖維取向分布函數(shù)為基礎,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、運動的纖維取向張量演化方程.針對四階張量所造成的取向演化方程的非封閉性,引進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,以充模流動過程為研究對象,在分析填充流動過程的基礎上,將流動過程分為主體流和前鋒流兩部分,主體流中只考慮長度和寬度兩個方向的流動,不考慮厚度方向上的流動,而前鋒流中三個方向上的流動都需考慮.采用體現(xiàn)纖維存在的Dilln-Armstrong方程,建立了宏細觀耦合的主體流和前鋒流流動約束方程,為