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橡胶包覆机头的流道构型和流场分析

作　者: 郝春燕
导　师: 董传涛
学　校: 北京化工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 橡胶包覆最佳芯棒轴偏转角锥形压缩区 POLYFLOW 丁基橡胶
分类号: TQ320.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本课题研究的对象是直角包覆机头,由于其入口和出口流向不同,熔体在直角机头流道中流动易产生包覆不均衡现象,所以本课题主要针对这方面的问题展开分析。计算选择丁基橡胶作为包覆材料,用polymat软件对材料参数进行了拟合分析。并且针对计算软件的特点选择了bird-carreau材料本构方程模型。本课题计算方法主要采用POLYFLOW来对橡胶熔体在机头内的流动情况进行数值分析和模拟,得出挤出机头流道的几何结构及形状参数和所给的工艺条件与挤出结果之间的规律性关系。本课题从机头流道入口孔径、压缩比、压缩角、定型区长度和牵引速度等影响机头熔体流动均衡性的参数出发,分别计算和分析每一个参数对机头整体流动的影响,然后对它们进行优化,得出最佳流动控制参数组。另外,本课题通过对一个新参数—芯棒轴偏转角的大量计算分析,证明仅改变芯棒轴偏转角对调节流道中熔体流动均衡性的作用更好,更有效。通过计算,获得了在不同定型区长度、不同牵引速度情况下芯棒轴的最佳偏转角数值。在最佳芯棒轴偏转角度的情况下,熔体在机头流道中整体流动的均衡性效果显著。同时,本课题对由芯材牵引作用引起的拖曳流动和熔体离模后的膨胀现象也进行了计算分析。本课题研究的结果,为今后包覆挤出机头流道的设计和改进提供了有价值的参考依据。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-15
第一章绪论  15-25
  1.1 课题背景概况及研究意义  15-19
    1.1.1 课题研究背景  15-18
    1.1.2 本课题研究意义  18-19
  1.2 课题研究方法及主要问题  19-23
    1.2.1 挤出流动分析及优化方面的研究现状  19-22
      1.2.1.1 研究分析方法  19-20
      1.2.1.2 数值分析  20-22
      1.2.1.3 挤出机头材料参数和热力参数  22
      1.2.1.4 挤出机头优化设计  22
    1.2.2 存在的主要问题  22-23
  1.3 本课题主要研究内容  23-25
第二章挤出机头流道模型  25-32
  2.1 理论基础  25-26
  2.2 数学模型  26-28
    2.2.1 理论假设及简化  26-27
    2.2.2 熔体流动的控制方程和流变方程  27-28
  2.3 流场模拟分析方法介绍  28-32
    2.3.1 POLYFLOW计算流体力学软件简介  28-29
    2.3.2 软件分析步骤  29-32
      2.3.2.1 流道模型的建立  29
      2.3.2.2 分析任务的建立  29-32
第三章挤出机头流道内的流动模拟  32-47
  3.1 机头流道曲面建模  32-37
    3.1.1 挤出机头流道的结构  32-33
    3.1.2 机头流道的曲面建模  33-37
      3.1.2.1 歧管区设计  33-34
      3.1.2.2 压缩区设计  34-37
  3.2 丁基橡胶材料性能参数、本构方程和曲线拟合数据  37-40
    3.2.1 丁基橡胶的配方  37-38
    3.2.2 材料模型的建立  38-40
    3.2.3 曲线拟合  40
  3.3 边界条件的确定  40-42
    3.3.1 机头流道壁面的边界条件  40-41
    3.3.2 流场进出口截面的边界条件  41-42
  3.4 流道几何模型结构的设计优化分析  42-43
    3.4.1 优化设计概念  42
    3.4.2 优化方法  42-43
  3.5 参数的计算分析和讨论  43-47
    3.5.1 参数分析理论  43
    3.5.2 熔体在圆环隙口模中的壁面剪切应力场  43-45
    3.5.3 优化目标参数  45
    3.5.4 变量参数的优化顺序  45-47
第四章流道结构对挤出流动影响的有限元分析和优化  47-62
  4.1 机头流场的流动状态分析过程  47-48
  4.2 入口孔径对熔体流动的影响  48-52
    4.2.1 压缩比为3.4  48-50
    4.2.2 压缩比为4.4  50-52
  4.3 压缩角对包覆挤出的影响  52-55
    4.3.1 压缩角对熔体流动影响的计算分析  52-54
    4.3.2 对挤出速度的影响  54-55
    4.3.3 对压力分布的影响  55
  4.4 芯棒头与口模定型区距离对包覆挤出的影响  55-56
  4.5 定型区长度对包覆挤出的影响  56-59
  4.6 芯材牵引速度对包覆挤出的影响  59-60
  4.7 优化结果  60-61
  4.8 小结  61-62
第五章芯棒轴偏转角对机头流道流动的影响  62-76
  5.1 芯棒轴偏转角机头的定义和工作原理  62-69
    5.1.1 芯棒轴偏转角和最佳芯棒轴偏转角  62-63
    5.1.2 熔体在直角机头流道中流动不均衡的理论基础  63
    5.1.3 芯棒轴偏转角对橡胶熔体包覆挤出的影响  63-64
    5.1.4 芯棒轴偏转角对熔体在流道各区域流动的影响  64-69
  5.2 剪切应力分析  69-71
  5.3 其他参数的分析  71-76
    5.3.1 流道流场压力降分析  71-73
    5.3.2 熔体黏度分析  73-74
    5.3.3 剪切速率分析  74-76
  5.4 小结  76
第六章包覆挤出拖曳流动和离模膨胀  76-83
  6.1 拖曳流动分析  76-79
  6.2 离模膨胀问题  79-83
    6.2.1 理论方程  80
    6.2.2 计算方式  80-82
    6.2.3 计算结果  82-83
第七章研究课题结论和展望  83-85
  7.1 本课题研究的主要结论  83
  7.2 贡献  83-84
  7.3 不足和展望  84-85
参考文献  85-87
致谢  87-88
攻读硕士学位期间发表的学术论文  88-89
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  89-90

橡胶包覆机头的流道构型和流场分析

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