非牛顿流体微挤出过程动态建模与数值仿真.pdf

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1、2012年5月机床与液压Mav2012第40卷第9期MACHINETO0L&HYDRAULICS＼{o140No9DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．09．033非牛顿流体微挤出过程动态建模与数值仿真陈从平，董小刚，张涛(三峡大学机械与材料学院，湖北宜昌443002)摘要：非牛顿流体微挤出量难以在线测量，对挤出量的高一致性要求在很大程度上依靠预测模型的精度来保证。针对工程中常用的一类幂率非牛顿流体，在分析其动态特性的基础上，建立了非牛顿流体微挤出时的流速、流量及微挤出量的物理预测模型，且模型中保留了驱动压力、时间等挤出过程

2、主要影响因素的物理量，使得模型便于与控制算法集成。通过数值仿真，验证了模型的有效性。研究结果表明，所建模型对幂率非牛顿流体微挤出量的预测精度达到了1％以上，为非牛顿流体定量微挤出过程的精确控制提供了基础。关键词：非牛顿流体；微挤出；建模；数值仿真中图分类号：TP23文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)9—108—4DynamicModelingandNumericalSimulationoftheProcessforNon—NewtonianFluidMicro．extrusionCHENCongping，DONGXiaogang，ZH

3、ANGTao(CollegeofMechanical&MaterialEngineering，ChinaThreeGorgesUniversity，YichangHubei443002．China)Abstract：Forthevolumeofnon—Newtonianfluidmicroextrudedoutwasdifficultlytobemeasured，itsconsistencywasmainlyensuredbytheprecisionofthepredictivemodels．Aimingatakindofpowerlawnon—Newt

4、onianfluidcommonlyusedinengineering，basedonanalyzingitsdynamiccharacteristics，itsflowvelocity，flowrateandphysicspredictivevolumemodelsontheconditionofmi—croextrudingthroughamicrotubewasestablished，forthemodelscontainedthemainphysicsfactorssuchaspressureanditsworktime，whichmadethe

5、modelseasytobeintegratedwithcontrolstrategy．Thevalidityofthemodelswastestedbynumericalsimula—tions．Thestudyresultshowsthattheestablishedmodelshaveahighpredictiveprecisionofmicro—extrusionvolumeupto1％．aIltheworksuppliesabasisofprecisecontrolfornon—Newtonianfluidmicro—extrusionproc

6、ess．Keywords：Non—Newtonianfluid；Micro—extrusion；Modeling；Numericalsimulation非牛顿流体微挤出微挤出过程的性能也提出了越来越高的要求，过程建过程在芯片封装、LED模与控制也越来越困难，主要表现在：(1)要求挤封装等过程中得到了广注射器出量微小(微克或毫克级)，高一致性，过程高频；泛的应用。目前市(2)非牛顿流体表现为非线性动态特性；(3)随着场上应用最多的非牛顿非牛顿流挤出过程连续进行，注射器内流体余量逐渐减少，导流体微挤出设备结构示致系统动态特性缓慢变化。现有文献中建立的微挤出意

7、图如图1，在每次挤模型有以下四类：(1)非物理模型，如神经网络模出过程中，压缩气体以型、自回归模型、模糊模型等。这些模型虽然脉冲压力形式作用于密在不同的领域得到了一定的应用，但由于未考虑流体物理特性，限制了其应用范围；(2)数值计算模流篓。堂塑．旦孽图流体微挤出设备结型，一般利用有限元法通过数值计算得到理论结上，并依靠布施头的机⋯⋯⋯⋯。果，虽然精度较高，但由于无法得到解析解，在实际械运动完成所有指定位置的布施任务。中难以应用；(3)简化经验模型，这类模型主要随着芯片封装、LED封装等需要对流体进行配是将流体视为牛顿流体进行建模，然而，非牛顿流体发的对象

8、向着微小型、高密度型发展，对非牛顿流体较牛顿流体特性更为复杂，过度地简化掩盖了非