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挤出口模温度场有限元分析及实验研究

作　者: 朱伟
导　师: 唐跃
学　校: 青岛科技大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 挤出口模塑料熔体有限元分析数值模拟
分类号: TQ320
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 157次
引　用: 1次
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内容摘要

在挤出成型技术中,挤出口模的设计是一个重要环节,它影响着生产效率、制品精度、模具寿命、模具生产周期和模具成本等诸多因素,因而研究挤出口模的设计就显得尤为重要。由于挤出成型过程十分复杂,所涉及的问题多属流变学和热力学方面的问题。在挤出口模设计中要考虑的参数很多,如温度、压力、速度,这些参数的选择对挤出制品的产量和质量都有很重要的影响。但是在传统的口模设计中,许多参数的选择都是凭经验确定,所设计的口模要通过多次的试模和修模才能满足设计要求,这样不仅使模具的生产周期很长,而且浪费了大量材料。本文以单螺杆挤出机机头口模中的塑料熔体为研究对象,采用有限元法和计算机进行模拟分析,系统的研究了塑料熔体在挤出口模中的温度分布状态。 1.以大量国内外挤出成型技术资料为依据,对挤出口模中温度分布进行了全面了解,概括总结了温度分布的各种数值模拟计算方法,对挤出塑料中关于温度分布研究,指出了目前挤出口模温度场研究中存在的问题,确定了本文的研究重点以有限元与实验研究相结合为主要研究手段。 2.系统介绍了挤出机头中熔体流动的物理描述,提出了本文研究的假设条件,以流体力学连续方程、运动方程和能量方程为基础,根据研究对象提出了具体假设条件,对基本方程进行了分析简化,经过推导得出了计算挤出口模内速度温度分布的控制方程。 3.成功地将有限单元法、有限差分及混合法应用于塑料异型材口模温度场的数值模拟计算,解决了温度场求解过程中的一些关键性技术和算法,并实现了从二维有限元模拟到三维有限元模拟的拓展,并在此基础上用VC++语言做了编程计算。 4.以狭长型口模为具体研究对象,通过改变挤出口模成型段长度、物料种类和螺杆转速对挤出口模中的熔体流动进行了系统研究实验,得出了口模成型长度、物料种类和螺杆转速对口模中温度的影响,由此确定了最佳挤出条件,为塑料挤出最常用的狭长口模的设计提供了理论依据,并根据测得的数据与计算机模拟的结果进行了对比验证,得到了较好的吻合。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-7
符号说明  7-9
1 绪论  9-17
  1.1 前言  9
  1.2 温度分布数值计算方法概述  9-14
  1.3 聚合物挤出加工中有关温度分布的研究概况  14-15
  1.4 本课题的内容及意义  15-17
2 挤出口模中熔体流动的基本方程及其简化假设  17-34
  2.1 描述挤出成型的控制方程  17-24
  2.2 控制方程的简化假设  24
  2.3 控制方程的定解条件  24-25
  2.4 聚合物熔体的粘度模型  25-27
  2.5 挤出口模内熔体的流动分析  27-34
3 挤出口模温度分布有限元数值计算  34-57
  3.1 有限元方法简介  34
  3.2 温度场的离散及网格剖分原则  34-41
    3.2.1 单元剖分规则  35-38
    3.2.2 温度插值函数  38-41
  3.3 数值计算中的加权余量法  41-42
  3.4 挤出口模中的流场的有限元数值计算  42-55
    3.4.1 速度分布的有限元求解  43-53
      3.4.1.1 求解域的离散化  43
      3.4.1.2 插值函数的构造  43-45
      3.4.1.3 有限元方程的推导  45-49
      3.4.1.4 二维模拟方法在三维模拟中的拓展  49-53
    3.4.2 温度分布的有限元求解  53-55
  3.5 有限元编程  55-57
4 挤出成型实验研究  57-74
  4.1 实验方案的确定  57-59
  4.2 实验装置  59-60
  4.3 温度测量方法的确定  60-64
    4.3.1 温度测量系统的选择  60-62
    4.3.2 温度补偿方法  62-63
    4.3.3 测温头的安装  63-64
  4.4 数据采集系统的选择  64
  4.5 物料熔融指数等性能参数的测定  64-68
    4.5.1 所采用的测定仪器  64-65
    4.5.2 测定方法  65
    4.5.3 测定结果  65-68
  4.6 实验数据  68-74
5 实验数据分析处理  74-89
  5.1 实验数据处理  74-77
  5.2 挤出实验数据分析  77-82
    5.2.1 挤出能力分析  77-78
    5.2.2 挤出口模出口物料温度分析  78-80
    5.2.3 物料挤出胀大分析  80-82
  5.3 挤出口模成型段长度对挤出温度、速度、压力的影响  82-84
  5.4 实验结果与模拟结果的对比  84-89
6 结论  89-90
参考文献  90-93
致谢  93-94
攻读学位期间发表的论文  94

挤出口模温度场有限元分析及实验研究

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