塑料加工流變學(xué)及其應(yīng)用

緒論

參考文獻(xiàn)

第一章 塑料流體的流變特性

第一節(jié) 黏性剪切流動

一、牛頓流體

二、非牛頓流體

三、表征塑料流體流動的方法

第二節(jié) 影響?zhàn)ば约羟辛鲃拥囊蛩?/p>

一、剪切速率的影響

二、溫度的影響

三、壓力的影響

四、分子參數(shù)的影響

五、聚合物結(jié)構(gòu)的影響

六、添加劑的影響

第三節(jié) 彈性現(xiàn)象

一、離模膨脹

二、熔體破裂

第四節(jié) 剪切黏度和流動的測定

一、毛細(xì)管流變儀

二、轉(zhuǎn)動流變儀

三、振動流變儀

四、轉(zhuǎn)矩流變儀

第五節(jié) 拉伸流動(無剪切流動)

一、拉伸流動的分類

二、單軸拉伸流動特性

三、拉伸流動的測定

參考文獻(xiàn)

第二章 流體流動基礎(chǔ)

第一節(jié) 應(yīng)力及應(yīng)力張量

一、關(guān)于應(yīng)力張量的概念

二、應(yīng)力張量的性質(zhì)

三、應(yīng)力張量的特殊類型

第二節(jié) 守恒方程

一、連續(xù)性方程

二、動量方程

三、能量方程

第三節(jié) 流體的運(yùn)動和變形

一、速度梯度

二、變形速率張量

第四節(jié) 本構(gòu)方程

一、牛頓流體的本構(gòu)方程

二、廣義牛頓流體的本構(gòu)方程

三、黏彈性流體的本構(gòu)方程

四、本構(gòu)方程的選擇

第五節(jié) 限制假設(shè)和邊界條件與基本方程組的解法

一、邊界條件和簡化假設(shè)

二、基本方程組的解法

參考文獻(xiàn)

第三章 簡單截面導(dǎo)管內(nèi)的流動

第二節(jié) 拖曳流動

一、平行板拖曳流動

二、沿矩形槽的拖曳流動

三、圓環(huán)空間的拖曳流動

四、環(huán)形導(dǎo)管的軸向拖曳流動

第二節(jié) 壓力流動

一、平行板之間的壓力流動

二、矩形導(dǎo)管中的壓力流動

三、長圓管中的壓力流動

四、環(huán)形導(dǎo)管中的軸向壓力流動

五、錐形、環(huán)錐形和異形導(dǎo)管中的壓力流動

六、分層多相壓力流動

第三節(jié) 拖曳、壓力組合流動

……

第四章 單螺桿擠出機(jī)內(nèi)的流動

第五章 雙螺桿擠出機(jī)內(nèi)的流動

第六章 擠出口模內(nèi)的流動

第七章 注塑機(jī)和注模內(nèi)的流動

第八章 壓延機(jī)輥隙中的流動、擠出吹塑中的流動及其他流動

第九章 轉(zhuǎn)矩流變儀的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用

第十章 轉(zhuǎn)矩流變儀在PVC-U中的應(yīng)用

第十一章 硬聚氯乙烯的潤滑平衡

《塑料加工流變學(xué)及其應(yīng)用》是一本論述流變學(xué)在塑料加工中應(yīng)用的專著。全書共十一章。第一章至第三章介紹塑料流體的流變特性、守恒方程、本構(gòu)方程和簡單截面導(dǎo)管中的流動。第四章至第八章著重介紹單、雙螺桿擠出機(jī)、口模、注塑機(jī)和注模內(nèi)的流動，也介紹壓延、吹塑、吹膜等流動。第九章至第十一章介紹硬聚氯乙烯的潤滑平衡、轉(zhuǎn)矩流變儀的關(guān)鍵技術(shù)及其在PVC-U中的應(yīng)用等。

POLYFLOW軟件是目前應(yīng)用最廣泛的黏彈性材料流動分析的CAE軟件，《POLYFLOW基礎(chǔ)及其在塑料加工中的應(yīng)用》以POLYFLOW 3.10為版本，內(nèi)容共分為10章，1~7章分別介紹了POLYFLOW軟件的理論基礎(chǔ)和各模塊的功能及操作，內(nèi)容涵蓋幾何模型建立、模型網(wǎng)格劃分、模型邊界及參數(shù)設(shè)置、分析計(jì)算、后處理分析及結(jié)果輸出等;8~10章通過一些典型的實(shí)例介紹POLYFLOW軟件在擠出成型、中空吹塑成型和聚合物共混等方面的應(yīng)用。

《POLYFLOW基礎(chǔ)及其在塑料加工中的應(yīng)用》采用軟件基本操作與典型范例相結(jié)合的講解方式，結(jié)構(gòu)清晰，內(nèi)容全面，圖文并茂，通俗易懂，可以使讀者輕松上手，并配有一張光盤，包含范例的操作視頻和范例模型文件。

《POLYFLOW基礎(chǔ)及其在塑料加工中的應(yīng)用》可作為POLYFLOW軟件初學(xué)者的自學(xué)教材和參考書，還

第1章 POLYFLOW理論基礎(chǔ) 1

1.1 計(jì)算流體動力學(xué)分析理論基礎(chǔ) 1

1.1.1 概述 1

1.1.2 計(jì)算流體動力學(xué)的工作步驟 2

1.1.3 計(jì)算流體動力學(xué)的特點(diǎn) 2

1.1.4 計(jì)算流體動力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域 2

1.1.5 計(jì)算流體動力學(xué)的數(shù)值解法 3

1.2 流體力學(xué)中流體與流動的基本特性 4

1.2.1 理想流體與黏性流體 4

1.2.2 牛頓流體與非牛頓流體 4

1.2.3 流體熱傳導(dǎo)及擴(kuò)散 5

1.2.4 可壓縮流體與不可壓縮流體 5

1.2.5 穩(wěn)定流動與非穩(wěn)定流動 5

1.2.6 層流與湍流 6

1.2.7 聚合物流變行為 6

1.3 流體動力學(xué)控制方程 7

1.3.1 質(zhì)量守恒方程 8

1.3.2 動量守恒方程 8

1.3.3 能量守恒方程 10

1.3.4 組分質(zhì)量守恒方程 11

1.3.5 控制方程的通用形式 11

1.3.6 對控制方程的進(jìn)一步討論 12

1.4 CFD的求解過程 13

1.4.1 總體計(jì)算流程 13

1.4.2 建立控制方程 13

1.4.3 確定邊界條件與初始條件 14

1.4.4 劃分計(jì)算網(wǎng)格 14

1.4.5 建立離散方程 14

1.4.6 離散初始條件和邊界條件 15

1.4.7 給定求解控制參數(shù) 15

1.4.8 求解離散方程 15

1.4.9 判斷解的收斂性 15

1.4.10 顯示和輸出計(jì)算結(jié)果 15

1.5 CFD軟件結(jié)構(gòu)以及常用的CFD商業(yè)軟件 16

1.5.1 軟件結(jié)構(gòu) 16

1.5.2 常用的CFD商用軟件 17

第2章 POLYFLOW軟件及分析流程 20

2.1 軟件介紹 20

2.1.1 POLYFLOW簡介 20

2.1.2 POLYFLOW軟件結(jié)構(gòu) 20

2.1.3 POLYFLOW的一些基本概念 21

2.1.4 POLYFLOW分析概要 25

2.2 POLYFLOW分析流程 27

2.2.1 問題描述 27

2.2.2 POLYMAN中新建項(xiàng)目、啟動

POLYDATA和輸入網(wǎng)格文件 28

2.2.3 POLYDATA參數(shù)設(shè)置 31

2.2.4 POLYFLOW計(jì)算求解 40

2.2.5 結(jié)果文件的后處理 42

第3章 主控程序POLYMAN 53

3.1 POLYMAN用戶界面 53

3.1.1 菜單欄 54

3.1.2 工具欄 54

3.1.3 樹狀區(qū) 55

3.1.4 信息區(qū) 55

3.1.5 注釋區(qū) 55

3.1.6 Tab(標(biāo)簽)欄 56

3.2 創(chuàng)建新的工程項(xiàng)目、新的模擬和幾何 56

3.2.1 創(chuàng)建新的項(xiàng)目 56

3.2.2 創(chuàng)建新的GAMBIT文件 56

3.2.3 創(chuàng)建新的模擬 57

3.3 打開已有項(xiàng)目 57

3.4 導(dǎo)入文件 57

3.4.1 導(dǎo)入GAMBIT文件 57

3.4.2 導(dǎo)入模擬文件 58

3.4.3 導(dǎo)入網(wǎng)格文件 58

3.4.4 導(dǎo)入材料參數(shù)文件 58

3.4.5 導(dǎo)入數(shù)據(jù)文件 58

3.4.6 導(dǎo)入結(jié)果文件 58

3.4.7 導(dǎo)入U(xiǎn)DF文件 58

3.4.8 導(dǎo)入CSV文件 58

3.4.9 導(dǎo)入Ideas文件 58

3.4.10 導(dǎo)入Patran文件 59

3.5 導(dǎo)出文件 59

3.6 復(fù)制和刪除文件 59

3.7 啟動POLYFLOW軟件的各模塊 59

3.7.1 啟動GAMBIT 60

3.7.2 啟動POLYDATA 60

3.7.3 啟動POLYFLOW 60

3.7.4 啟動FLUENT/Post 60

3.7.5 啟動FIELDVIEW 60

3.7.6 啟動POLYFUSE 61

3.7.7 啟動POLYSTAT 61

3.7.8 啟動POLYMAT 61

3.7.9 啟動POLYDIAG 61

3.8 設(shè)置模塊選項(xiàng) 61

3.8.1 POLYDATA選項(xiàng) 61

3.8.2 POLYFLOW選項(xiàng) 62

3.8.3 FIELDVIEW選項(xiàng) 63

3.9 轉(zhuǎn)換GAMBIT中性文件 63

3.10 查看列表文件 64

3.11 獲得項(xiàng)目信息和模擬信息 64

3.11.1 獲得項(xiàng)目信息 64

3.11.2 獲得模擬信息 64

3.12 安排模擬項(xiàng)目 64

3.13 幫助 67

3.14 退出POLYMAN 67

第4章 前處理模塊GAMBIT 68

4.1 GAMBIT的圖形用戶界面 69

4.1.1 繪圖窗口 69

4.1.2 主菜單欄 69

4.1.3 Operation工具欄 70

4.1.4 窗口區(qū)域 72

4.1.5 Global Control工具條 72

4.1.6 Description窗口 72

4.1.7 Transcript窗口和Command文本框 73

4.2 生成幾何結(jié)構(gòu) 73

4.2.1 一般操作 74

4.2.2 創(chuàng)建頂點(diǎn) 79

4.2.3 創(chuàng)建邊 82

4.2.4 創(chuàng)建面 88

4.2.5 創(chuàng)建體積 92

4.2.6 布爾操作 94

4.2.7 分割/融合操作 96

4.3 模型的網(wǎng)格劃分 99

4.3.1 生成邊界層 99

4.3.2 邊網(wǎng)格劃分 100

4.3.3 面網(wǎng)格劃分 101

4.3.4 體網(wǎng)格劃分 101

4.3.5 組網(wǎng)格劃分 102

4.4 設(shè)定區(qū)域類型 103

4.4.1 設(shè)定邊界類型 103

4.4.2 指定連續(xù)介質(zhì)類型 104

4.5 實(shí)例一:基本幾何結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建和網(wǎng)格化 104

4.5.1 問題描述 105

4.5.2 操作步驟 105

4.6 實(shí)例二:三管相貫?zāi)Ｐ偷慕?110

4.6.1 問題描述 110

4.6.2 操作步驟 111

第5章 主程序模塊POLYDATA 126

5.1 POLYDATA圖形用戶界面 126

5.1.1 主菜單欄 127

5.1.2 關(guān)鍵字欄 128

5.1.3 文本窗口 128

5.1.4 圖形顯示窗口 128

5.1.5 文本輸出窗口 128

5.1.6 POLYDATA主菜單窗口 129

5.2 POLYDATA中的漸近問題 143

5.2.1 非線性和漸近 143

5.2.2 漸近法簡介 144

5.2.3 POLYDATA中的漸近函數(shù) 145

5.2.4 使用漸近法 146

5.3 POLYDATA中的瞬態(tài)問題 150

5.3.1 瞬態(tài)理論 150

5.3.2 瞬態(tài)流動分析流程 152

第6章 圖形后處理模塊FLUENT/Post 156

6.1 FLUENT/Post用戶界面 156

6.2 文件操作 157

6.2.1 讀取文件 157

6.2.2 導(dǎo)入文件 158

6.2.3 保存文件 158

6.2.4 圖像文件硬復(fù)制 158

6.3 系統(tǒng)定義 159

6.3.1 定義活動域 159

6.3.2 定義場函數(shù) 160

6.3.3 定義單位 161

6.4 創(chuàng)建表面 162

6.4.1 創(chuàng)建區(qū)域表面 162

6.4.2 創(chuàng)建點(diǎn)表面 163

6.4.3 創(chuàng)建線表面和靶表面 164

6.4.4 創(chuàng)建平面表面 165

6.4.5 創(chuàng)建二次表面 166

6.4.6 創(chuàng)建等值面 167

6.4.7 創(chuàng)建等值剪切表面 168

6.4.8 轉(zhuǎn)換表面 168

6.4.9 管理表面 169

6.5 圖形可視化 170

6.5.1 基本圖形生成 170

6.5.2 自定義圖形顯示方式 178

6.5.3 XY曲線圖和柱狀圖 184

6.6 數(shù)字計(jì)算報(bào)告 187

6.6.1 表面積分 187

6.6.2 柱狀圖報(bào)告 189

第7章 統(tǒng)計(jì)后處理模塊POLYSTAT 191

7.1 聚合物加工過程中的混合原理 191

7.1.1 混合機(jī)理 191

7.1.2 混合的分類 191

7.2 POLYDATA 中的混合任務(wù) 192

7.2.1 輸入網(wǎng)格文件創(chuàng)建混合任務(wù) 192

7.2.2 定義流體區(qū)域 193

7.2.3 定義邊界條件 194

7.2.4 定義速度場 195

7.2.5 定義材料點(diǎn)生成 197

7.2.6 設(shè)置軌跡參數(shù) 198

7.2.7 設(shè)置運(yùn)動學(xué)參數(shù) 199

7.2.8 選擇生成結(jié)果 200

7.2.9 設(shè)置文件儲存 201

7.2.10 定義運(yùn)動部件 201

7.2.11 保存混合結(jié)果文件，退出POLYDATA 202

7.3 POLYSTAT中的混合任務(wù) 202

7.3.1 FILE菜單 202

7.3.2 PROPERTIES菜單 208

7.3.3 TRAJECTORIES菜單 211

7.3.4 SLICES菜單 214

7.3.5 STATISTICS菜單 216

第8章 POLYFLOW在塑料擠出成型中的應(yīng)用 219

8.1 2.5D軸對稱擠出 219

8.1.1 模型描述 219

8.1.2 主要操作步驟 220

8.2 3D擠出成型 235

8.2.1 模型描述 236

8.2.2 操作步驟 237

8.3 3D逆向擠出 247

8.3.1 模型描述 247

8.3.2 操作步驟 247

8.4 黏彈流體的擠出脹大流動 252

8.4.1 模型描述 252

8.4.2 操作步驟 252

8.5 黏彈性流體的流動分析 257

8.5.1 模型描述 257

8.5.2 操作步驟 257

8.6 共擠 262

8.6.1 模型描述 262

8.6.2 操作步驟 262

第9章 POLYFLOW在吹塑成型中的應(yīng)用 269

9.1 2D等溫吹塑成型的厚度分布分析 269

9.1.1 模型描述 269

9.1.2 操作步驟 270

9.2 3D吹塑成型 279

9.2.1 模型描述 279

9.2.2 操作步驟 280

第10章 POLYFLOW在聚合物共混過程中的應(yīng)用 286

10.1 2D混合任務(wù)描述 286

10.1.1 模型描述 286

10.1.2 有限元任務(wù)模擬計(jì)算 286

10.1.3 混合任務(wù)模擬計(jì)算 295

10.2 聚合物熔體在雙螺桿擠出機(jī)的三維數(shù)值模擬分析 305

10.2.1 模型描述 305

10.2.2 計(jì)算步驟 305

10.3 HAAKE混合器中聚合物共混物的分布混合和分散混合分析 310

10.3.1 模型描述 310

10.3.2 材料物性參數(shù)與邊界條件 312

10.3.3 混合1s的模型計(jì)算 312

10.3.4 混合30s的模型計(jì)算 318

10.3.5 混合600s的模型計(jì)算 319

10.3.6 整合10.3.3~10.3.5的濃度場計(jì)算結(jié)果 319

參考文獻(xiàn) 321

目前，我國在塑料制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和成型工藝控制等新產(chǎn)品開發(fā)環(huán)節(jié)還主要依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，但由于高分子流體黏彈性而產(chǎn)生流動行為的特殊性，導(dǎo)致設(shè)計(jì)存在缺陷，經(jīng)常出現(xiàn)不能獲得合格產(chǎn)品而反復(fù)試模和修模的狀況。CAE(ComputerAidEngineering)技術(shù)是在計(jì)算機(jī)上運(yùn)用專業(yè)軟件對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程進(jìn)行模擬分析，以此來代替試制和試驗(yàn)，提高一次試模的成功率。利用CAE技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段對制品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行評價(jià)，預(yù)測制品可能產(chǎn)生的缺陷，修改設(shè)計(jì)，從而獲得最優(yōu)化的方案。本書中我們介紹的POLYFLOW軟件就是一種目前應(yīng)用最廣泛的黏彈性材料流動分析的CAE軟件。