聚合物熔体平板收缩流的计算机模拟

摘要

该文采用粘弹性的PTT模型和构象张量模型对LDPE熔体的3.29:1平板收缩流进行模拟研究.该文使用混合的Galerkin有限元法,实现了速度、压力和应力同时求解的耦合计算.该文采用能够反映熔体剪切变稀、拉伸增稠以及粘弹性的PTT模型来描述聚合物熔体的本构关系.该文考虑了无约束限制UCM、刚性和体积守恒三类构象张量模型在复杂流场中应用,模拟了三类不同的聚合物流体在平面收缩流中挤出情况,从大分子内部结构的角度出发,讨论了不同聚合物体系在收缩流中的复杂流变行为.在与PTT模型的计算结果以及熔体的实验结果的比较中,发现体积守恒模型能够更准确地描述聚合物熔体在收缩流动行为.最后,我们以构象椭球表示聚合物熔体的大分子线团,预测了大分子构象在收缩流场中形变和取向,为研究聚合物挤出过程中熔体内部结构变化提供了新的思路.

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

1.1平板收缩流的计算机模拟

1.2聚合物熔体流动数值模拟方法的研究进展

1.3平板收缩流的数值模拟

1.4本文的主要研究内容

第二章聚合物熔体平板收缩流的有限元模拟

2.1守恒定律

2.2本构方程

2.2.1Newton和广义Newton流体模型

2.2.2非线性粘弹性模型

2.2.3构象张量模型

2.3边界条件

2.3.1无量纲化

2.3.2边界条件的确定

2.4聚合物收缩流的有限元分析

2.4.1守恒方程的Galerkin法离散

2.4.2罚函数法

2.4.3显式迎风有限元格式与本构方程的求解

2.5有限元数值计算的实施

2.5.1消元约束处理法

2.5.2改进的Newton迭代法

2.6本章小结

第二章经典力学粘弹性流体的收缩流的数值模拟

3.1聚合物熔体的材料性能

3.1.1动态粘弹性

3.1.2简单流场中的流变性

3.1.3本构方程中模型参数的获得

3.1.4线性光弹性

3.2流动区域

3.3模拟结果与实验结果的比较

3.3.1速度场计算结果的比较

3.3.2应力场计算结果的比较

3.4 熔体弹性对PTT流体收缩流的影响

3.5本章小结

第四章构象张量模型的有限元模拟

4.1构象张量模型

4.1.1 UCM模型

4.1.2刚性模型

4.1.3体积守恒模型

4.2构象张量模型在简单流场中的应用

4.3二个模型在收缩流中的比较

4.3.1计算结果的比较

4.3.2模拟结果与实验结果相比较

4.3.3构象张量模型与粘弹性PTT模型的比较

4.3.4收缩流中聚合物熔体大分子构象分布的预测

4.4本章小节

第五章全文总结

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表和待发表的论文