注塑成型过程中纤维取向的数值模拟

摘要

纤维增强塑料使用日益广泛，对改善塑料的热、力性能，甚至电学性能有积极意义。注塑成型作为一种高效的塑料制品加工方式，随着材料、设备、工艺和计算机技术的发展而发展。纤维增强塑料注塑成型中，纤维的取向状态关系着制品的成型质量和性能。短纤维增强塑料注塑制品容易出现浮纤、性能不均匀等问题；长纤维增强塑料成型过程中，由于螺杆塑化时的强剪切作用，长纤维容易出现断裂、团聚的现象，这必然会弱化长纤维的增强效果。数值模拟技术，作为塑料成型加工中一种重要工具，能合理预测型腔中的纤维取向，进而研究注塑成型质量和制品性能。
　　纤维取向的数值模拟，源于Jeffery的经典取向问题，经过Folgar和Tucker等学者的改进，逐渐应用到注射成型过程中。目前商品化软件中，有多个纤维取向模型，但模拟结果准确性和适用性不甚明确。本文对注塑成型过程中的纤维取向进行数值模拟，结合实验结果，完成如下工作。
　　(1)熟悉了纤维取向的数学模型和表达式；
　　(2)研究了Folgar-Tucker取向方程、低应变闭合（RSC）模型、各向异性旋转扩散（ARD）模型、ARD-RSC纤维取向模型等表达；讨论了取向方程中的纤维间的相互作用系数Ci对模拟结果的影响，通过与实验结果比较，得到了模型参数Ci的合理取值范围是0.0001＜ci＜0.1；
　　(3)用数值方法研究了纤维的含量、注射速度等因素对注射过程中的纤维取向的影响，得到了不同注射速度、不同纤维含量下的取向张量的变化图，研究了通孔平板制品的纤维取向,发现孔结构的存在使得取向张量发生极大的变化；
　　(4)用ARD-RSC模型，模拟了长纤维增强塑料注塑制品的纤维取向，得到了不同K的取值下对应的纤维取向张量的结果图；

目录

声明

1 绪论

1.1纤维增强复合材料简介

1.2纤维增强复合材料纤维取向研究现状

1.3纤维取向数值模拟介绍

1.4论文主要工作及意义

2 注射成型过程中的数学模型

2.1熔体流动控制方程

2.2纤维取向的数学模型

2.3材料模型

3 短纤维增强复合材料注射成型纤维取向

3.1哑铃状模型纤维数值模拟

3.2数学模型对模拟结果的影响

3.3带孔样板的纤维取向模拟

4 长纤维增强复合材料注射成型纤维取向

4.1模型参数对模拟结果的影响

4.2成型工艺参数对模拟的影响

4.3纤维含量对取向的影响

5 总结与展望

5.1主要结论

5.2研究展望

参考文献

致谢