流动诱导短纤维取向及其双尺度耦合模型研究

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1、摘要短纤维增强塑料注射成型过程是一个复杂的流体流动和定型过程，流动诱导的纤维取向状态影响制品的力学性能和最终制件的尺寸精度。熔体填充时其结构尺寸跨越了微观、细观和宏观三个范畴，各个尺度间是复杂的耦合关系。利用多尺度分析方法对加工过程中的纤维取向进行预测，建立注射成型工艺条件和最终制件中的纤维取向、制件结构和力学性能之间的定量关系，实现短纤维增强塑料注射成型过程的宏细观双尺度数值模拟，为开发高性能制品提供基础数据和理论指导，具有理论和工程意义。本文首先以c<(d／L)2的纤维悬浮稀溶液为研究对象，采用Jeffery运动方程描述单纤维的运动，对简单剪切流场和剪切拉伸混合流场中纤维取向的运动规

2、律进行了研究，同时对初始取向状态和纤维长径比的变化对纤维取向的影响进行了分析。在对单纤维的运动规律有了初步了解后，以纤维取向分布函数为基础，采用取向张量的形式描述纤维的取向分布情况，联立Fokker-Planck方程和Folgar-Tucker方程，建立了描述纤维运动的纤维取向张量演化方程。针对四阶张量所造成的取向演化方程的非封闭性，引进混合封闭张量近似模型，得到了封闭的二维取向张量演化方程。最后，以充模流动过程为研究对象，在分析填充流动过程的基础上，将流动过程分为主体流和前锋流两部分，主体流中只考虑长度和宽度两个方向的流动，不考虑厚度方向上的流动，而前锋流中三个方向上的流动都需考虑。采

3、用体现纤维存在的Dihn．Armstrong方程，建立了宏细观耦合的主体流和前锋流流动约束方程，为已建立的纤维取向张量演化方程提供速度场、压力场和温度场数据，为纤维取向的双尺度模拟打下基础。关键词：短纤维增强注射成型双尺度模拟取向分布函数IlAbstractABSTRACTTheprocessingofinjectionmoldingofStlonfiberreinforcedplasticsiscomplicatedforthefluxion,flowinducedfiberorientationinfillingstagecausesthemoldedparttoshowadvanc

4、edmechanicalpropertiesandaffectsthefmalshapeoftheproduct．111econfigurationofthemelthascoupledmicro-scale．semi-macroscaleandnlactoscaleduringmoldfilling，thesethreescalesarecoupledinphysics．Predictingtheflowinducedfiberorientationinprocessing、丽lllmulti-scalemethod,thus,therelationshipamongprocessin

5、g，structure,andpropertyofinjecfionmoldedshortfibercompositesCanbeunderstood,muchmoreimportant，twoscalesimulationoftheorientationofshortfiberwillbepossibleforOUrwork,andthen，itispossibletoprovidebasicdatafortheexploitationofadvancedplasticparts，theworkissensiblebothintheoryandengineering．Forthesho

6、rtfiberreinforcedthermalplastics，wemainlyinvestigatetheeffectofshearstress，elongatestress，theeffectbetweenfibersandeffectoffiberandmoldsuffw．圮．thereciprocitybetweenfibershassignificanteffecttothemicrostructureandmacrostructureforfibersuspension．Firstly,weinvestigatethedilutesuspension(c<(d／L)2)，J

7、effery’Skineticequationhasbeenusedtodescribefiber’Srotation，therotationdisciplineofimmersedfiberinshearstressflowandthemixtureflowofshearandelongatestresshavebeenstudied，thestudyherefocusesontheaspectratioandinitializa