擠出模擬的案例
Fluent案例｜聚合物擠出模擬
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本算例演示利用Fluent Materials Processing模擬聚合物三維擠壓過程。
注意本算例是Fluent 2021R2的Beta功能。
問題描述
計算模型如下圖所示。
這個問題涉及非牛頓流體通過三維模具的流動。考慮到問題的對稱性，采用四分之一模型進行計算，模型中定義了兩個對稱面。熔體以 Q = 10 cm3 /s的體積流量進入模具，在出口處獲得擠出物。在計算域的末尾，假設(shè)擠出物完全變形并且不會進一步變形。假設(shè)子域 2 足夠長以求解擠出物的所有變形。
在計算域上求解不可壓縮性和動量方程。問題的域分為兩個子域，因此網(wǎng)格重劃分算法只應用于將變形的網(wǎng)格部分。子域 1 代表限制流體的模具。子域 2 對應于與空氣接觸并可以自由變形的擠出物。計算的主要目的是找到自由表面（擠出物的表皮）的位置。
展開 基于 Inspire Extrude 的白車身門檻梁用鋁型材擠壓仿真模擬與模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化
車身鋁型材多以中大型、復雜的分流模寬展模為主，前期的產(chǎn)品截面和擠壓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計將直接影響擠出型材模具的壽命、型材表面質(zhì)量和尺寸精度。傳統(tǒng)的鋁擠壓模具以工程師經(jīng)驗為主導進行設(shè)計，并未經(jīng)仿真分析而直接進行開模，后期在生產(chǎn)線上進行多輪試錯調(diào)試，其中不可避免地耗費大量的調(diào)試時間和成本[2,3]。
近些年在鋁擠壓行業(yè)和汽車研發(fā)單位開始逐漸引入擠壓仿真分析軟件對型材產(chǎn)品進行出口流速、應力應變情況及擠出產(chǎn)品形狀和模具壽命進行模擬，從而使產(chǎn)品、工藝及模具設(shè)計在最優(yōu)狀態(tài)下進行制作生產(chǎn)，縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本和提升產(chǎn)品質(zhì)量[4]。
本文將以廣汽傳祺某電動車型的中大型復雜多腔體截面門檻梁型材為例， 采用基于任意拉格朗日-歐拉（ALE）有限元法[5-7]的 Inspire Extrude 擠壓仿真分析軟件，對初始模具結(jié)構(gòu)進行擠出過程中分流體和型材出口流速、截面各區(qū)域相對出口速度差異百分比、型材擠出變形位移云圖進行仿真模擬和分析。初步分析結(jié)果顯示型材擠出流速嚴重不均衡，模具和工藝若不優(yōu)化，將使后期的調(diào)試周期和成本大幅增加。為了在產(chǎn)品開發(fā)階段將模具結(jié)構(gòu)調(diào)整至最優(yōu)狀態(tài)，本文中基于鋁擠壓熱狀態(tài)下的金屬流動分配的最小阻力定律原則，通過分流孔優(yōu)化、供流槽體大小及工作帶長度等的優(yōu)化，再次導入優(yōu)化后的模具進行仿真分析，直至獲取型材截面各區(qū)域出口流速趨于均勻的新的優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)。隨后，優(yōu)化后的模具結(jié)構(gòu)進行生產(chǎn)驗證，結(jié)果表明仿真分析結(jié)果與實際生產(chǎn)匹配度基本一致，獲得了良好的擠出產(chǎn)品，大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了模具調(diào)試開發(fā)成本。
2 產(chǎn)品、模具設(shè)計與有限元模型的建立
2.1 產(chǎn)品及其初步模具結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖 1 所示為某電動車型用門檻梁鋁型材產(chǎn)品信息。圖 1(a)為型材三維視圖，圖 1(b)為型材截面尺寸。
展開 復雜模具的基礎(chǔ)成型UG模擬
請問各位高手,哪位會或者是正在搞復雜模具的擠出成型的UG模擬的,擠出雙層帶中心孔結(jié)構(gòu)的塑料樣品的,近來交流一下,或者把自己的聯(lián)系方式留下來切磋切磋!
新能源汽車用聚丙烯基微發(fā)泡材料應該更關(guān)注熔體粘度還是熔體強度？
毛細管流變儀則更接近于模擬擠出或注塑過程中的剪切流動，能夠在高剪切速率（可達10? s?1）下測量材料的剪切粘度及其對剪切速率和溫度的依賴性，并提供剪切稀化指數(shù)（n）等關(guān)鍵參數(shù)。這些數(shù)據(jù)對于計算機輔助工程（CAE）模擬和精確的工藝優(yōu)化極為有價值。
國高材分析測試中心流變研究室
高壓毛細管流變儀（左）、轉(zhuǎn)矩流變儀（右）
轉(zhuǎn)矩流變儀是一種模擬實際加工過程的綜合測試設(shè)備。物料在混合腔中經(jīng)加熱、剪切，儀器通過測量驅(qū)動轉(zhuǎn)子所需的轉(zhuǎn)矩來反映物料的表觀粘度（轉(zhuǎn)矩越高，粘度越大）。通過分析“轉(zhuǎn)矩-時間”曲線，可獲取塑化時間、平衡轉(zhuǎn)矩及熱穩(wěn)定性等關(guān)鍵加工參數(shù)。該設(shè)備還可通過配套的擠出脹大實驗，間接評估與熔體強度相關(guān)的熔體彈性（脹大比越大，彈性越強）。它尤其適用于評價共混、填充等配方的綜合加工性能，是連接實驗室數(shù)據(jù)與生產(chǎn)實踐的重要工具。
工程案例
吹膜工藝是體現(xiàn)熔體強度重要性的典型場景。LDPE憑借其長支鏈結(jié)構(gòu)帶來的高熔體強度，使膜泡在吹脹過程中保持穩(wěn)定，不易破裂，從而制備出厚度均勻的薄膜。而線性結(jié)構(gòu)的PP、LLDPE和HDPE雖可通過調(diào)節(jié)分子量獲得高粘度，卻因熔體強度不足，易出現(xiàn)膜泡破裂和厚度波動。這充分說明高粘度不能替代高強度。例如PET因結(jié)晶慢可保持熔體強度而適用于吹膜，而結(jié)晶快的PBT則不適用；PC雖粘度高但強度不足，故采用平膜擠出而非吹膜。
發(fā)泡工藝對材料提出雙重挑戰(zhàn)，既需足夠熔體強度以穩(wěn)定氣泡壁，防止合并塌陷；又需適度粘度以利氣體擴散和泡孔均勻生長。普通PP因線性結(jié)構(gòu)導致熔體強度低，發(fā)泡時氣泡易破裂，難以形成均勻泡孔。通過改性獲得的高熔體強度PP（HMS-PP）和天然具有長支鏈的LDPE則能滿足要求。未改性PET也因結(jié)晶快、強度不足而需要經(jīng)過鏈擴展或支化改性后才能用于發(fā)泡。
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新能源汽車用聚丙烯基微發(fā)泡材料應該更關(guān)注熔體粘度還是熔體強度？
毛細管流變儀則更接近于模擬擠出或注塑過程中的剪切流動，能夠在高剪切速率（可達10? s?1）下測量材料的剪切粘度及其對剪切速率和溫度的依賴性，并提供剪切稀化指數(shù)（n）等關(guān)鍵參數(shù)。這些數(shù)據(jù)對于計算機輔助工程（CAE）模擬和精確的工藝優(yōu)化極為有價值。
國高材分析測試中心流變研究室
高壓毛細管流變儀（左）、轉(zhuǎn)矩流變儀（右）
轉(zhuǎn)矩流變儀是一種模擬實際加工過程的綜合測試設(shè)備。物料在混合腔中經(jīng)加熱、剪切，儀器通過測量驅(qū)動轉(zhuǎn)子所需的轉(zhuǎn)矩來反映物料的表觀粘度（轉(zhuǎn)矩越高，粘度越大）。通過分析“轉(zhuǎn)矩-時間”曲線，可獲取塑化時間、平衡轉(zhuǎn)矩及熱穩(wěn)定性等關(guān)鍵加工參數(shù)。該設(shè)備還可通過配套的擠出脹大實驗，間接評估與熔體強度相關(guān)的熔體彈性（脹大比越大，彈性越強）。它尤其適用于評價共混、填充等配方的綜合加工性能，是連接實驗室數(shù)據(jù)與生產(chǎn)實踐的重要工具。
工程案例
吹膜工藝是體現(xiàn)熔體強度重要性的典型場景。LDPE憑借其長支鏈結(jié)構(gòu)帶來的高熔體強度，使膜泡在吹脹過程中保持穩(wěn)定，不易破裂，從而制備出厚度均勻的薄膜。而線性結(jié)構(gòu)的PP、LLDPE和HDPE雖可通過調(diào)節(jié)分子量獲得高粘度，卻因熔體強度不足，易出現(xiàn)膜泡破裂和厚度波動。這充分說明高粘度不能替代高強度。例如PET因結(jié)晶慢可保持熔體強度而適用于吹膜，而結(jié)晶快的PBT則不適用；PC雖粘度高但強度不足，故采用平膜擠出而非吹膜。
發(fā)泡工藝對材料提出雙重挑戰(zhàn)，既需足夠熔體強度以穩(wěn)定氣泡壁，防止合并塌陷；又需適度粘度以利氣體擴散和泡孔均勻生長。普通PP因線性結(jié)構(gòu)導致熔體強度低，發(fā)泡時氣泡易破裂，難以形成均勻泡孔。通過改性獲得的高熔體強度PP（HMS-PP）和天然具有長支鏈的LDPE則能滿足要求。未改性PET也因結(jié)晶快、強度不足而需要經(jīng)過鏈擴展或支化改性后才能用于發(fā)泡。
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