套膠過程仿真計(jì)算

元計(jì)算

1.         仿真模型分析

從套膠過程看，膠體和外殼發(fā)生相互作用,，該仿真過程是流體和固體耦合計(jì)算的過程。耦合計(jì)算前,，根據(jù)流體及固體的力學(xué)行為確定計(jì)算模型,。下面對(duì)模型中各部分進(jìn)行分析,。

（1）膠體：按照流體力學(xué)的觀點(diǎn)，流體可分為理想流體和實(shí)際流體兩大類,，理想流體在流動(dòng)時(shí)無阻力,，故稱為非粘性流體。實(shí)際流體流動(dòng)時(shí)有阻力即內(nèi)摩擦力（或稱剪切力）,，故又稱為粘性流體,。根據(jù)作用于流體上的剪切應(yīng)力與產(chǎn)生的剪切速率之間的關(guān)系，粘性流體又可分為牛頓流體和非牛頓流體（如下圖所示）,。 牛頓流體的粘性只和溫度有關(guān),，非牛頓流體的粘性除與溫度有關(guān)外，還與剪切速率和時(shí)間有關(guān),，由所給出的膠體參數(shù),，將膠體定性為不可壓縮非牛頓流體。

圖1 流體的分類

計(jì)算初始狀態(tài),，假定內(nèi)外殼間膠體為充滿狀態(tài),，空氣泡已排空，不需要考慮膠體自身的接觸計(jì)算,，同時(shí)簡(jiǎn)化了計(jì)算工況,，膠體初始厚度即為內(nèi)外殼初始間距,。膠體擠出后暴露于空氣，外界環(huán)境室溫常壓,。

（2）內(nèi)殼：內(nèi)殼材質(zhì)為鋁合金,，套膠過程中其變形可忽略不計(jì)，因此視為剛性體,，也可認(rèn)為是流體計(jì)算的固壁邊界,。

（3）外殼：外殼材質(zhì)為短纖維模壓高硅氧復(fù)合材料，易開裂,，容許應(yīng)變較小,，可采用線彈性模型計(jì)算,。

由以上分析,，本次仿真過程可做以下描述：固定內(nèi)殼，視為流體計(jì)算固壁邊界條件,；外殼以某軸向速度擠壓殼間膠體,，并將膠體擠出，直至達(dá)到給定內(nèi)外殼間距指標(biāo)要求,。在該過程中,，需保證外殼不開裂，并給出外殼的應(yīng)力及應(yīng)變,，檢驗(yàn)應(yīng)力或應(yīng)變是否在容許范圍內(nèi),。

2.         仿真模型與參數(shù)

考慮膠水的速度和應(yīng)力，以及防熱套的位移和應(yīng)力,，對(duì)膠水和防熱套進(jìn)行耦合計(jì)算,計(jì)算采用的參數(shù)如下：

膠水：動(dòng)力粘度：由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給定,，隨時(shí)間和剪切速率的變化而變化。

熱套：彈性模量：1.0*1010pa

泊松比 ：0.34

密度：1.62*103kg/m3

阻尼系數(shù)：0.6

仿真模型（單位：m）：

" q" \3 i; Z# E) ^# Z! p( y, F圖2 計(jì)算模型圖

9 C$ Z! ]" e. V圖3 模型網(wǎng)格圖

計(jì)算分為初始速度為0.5mm/min 和5mm/min兩種工況,。 模擬膠體在軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)50mm,，并設(shè)定膠體最終厚度為0.1mm，根據(jù)模型尺寸,，假設(shè)膠體的初始厚度為3.03mm,。

3.         計(jì)算結(jié)果

1)         工況一（速度為0.5mm/min）

i.              首先根據(jù)非牛頓流體模型計(jì)算流體的壓力，然后在固體模型中耦合流體計(jì)算得到的壓強(qiáng)數(shù)據(jù),，從而得到防熱套上應(yīng)力應(yīng)變,。

計(jì)算結(jié)果諸如以下圖：
圖4為最終平衡位置時(shí)膠體上壓力云圖。

圖4 最終位置壓強(qiáng)云圖

圖5 最終位置壓強(qiáng)p隨軸向變化曲線

    膠體上壓強(qiáng)對(duì)稱分布,，圖5為最終平衡位置時(shí)壓強(qiáng)沿軸向變化規(guī)律,。

圖6 壓強(qiáng)最大值隨離平衡位置距離的變化曲線

壓強(qiáng)最大值位置是隨著膠體的流動(dòng)而變化的，為提取壓強(qiáng)的演變過程,，圖6提取最終平衡位置時(shí)壓強(qiáng)最大值點(diǎn),，追蹤其從離平衡位置50mm位置時(shí)壓強(qiáng)到平衡位置時(shí)壓強(qiáng)的變化過程,。

應(yīng)力表示單位面積上所承受的附加內(nèi)力，與面積一樣都屬于矢量,，如果受力面積與力的方向垂直稱為正應(yīng)力,，以下圖7至圖9分別為在直角坐標(biāo)系下沿各個(gè)方向的應(yīng)力云圖，圖10為防熱套上合應(yīng)力云圖,。

圖7 最終位置防熱套x方向應(yīng)力云圖

圖8 最終位置防熱套y方向應(yīng)力云圖

" e* L* m! x4 S3 b! _6 f0 ]圖9 最終位置防熱套z方向應(yīng)力云圖

  m6 a$ j2 R9 C5 o4 `圖10 最終位置防熱套上應(yīng)力云圖

在直角坐標(biāo)中所取單元體為正六面體時(shí),，三條相互垂直的棱邊的長度在變形前后的改變量與原長之比，定義為線應(yīng)變,，以下圖11至圖13分別為沿x,、y、z方向的線應(yīng)變?cè)茍D,，圖14為防熱套上線性合應(yīng)變?cè)茍D,。

" [/ N- F" `8 b! p8 J5 ?* t+ |7 w圖11  最終位置防熱套上x方向應(yīng)變

圖12 最終位置防熱套上y方向應(yīng)變

圖13 最終位置防熱套上z方向應(yīng)變

圖14 最終位置防熱套上應(yīng)變

以下圖15和圖16分別為在擴(kuò)大十倍和四十倍時(shí)防熱套的變形圖。

1 j7 J% F7 g/ S7 s: v: b圖15 擴(kuò)大十倍時(shí)變形圖

! \! r9 y5 l; c2 n圖16 擴(kuò)大四十倍時(shí)變形圖

防熱套上在不同放大倍數(shù)的變形及應(yīng)變?cè)茍D如圖17和圖18：

% R) ]; T& q: ]) P* {圖17 最終位置時(shí)防熱套上應(yīng)變及擴(kuò)大十倍時(shí)變形圖

0 X+ ~4 Y/ V9 g7 q! ]圖18 最終位置時(shí)防熱套上應(yīng)變及擴(kuò)大四十倍時(shí)變形圖

實(shí)驗(yàn)所測(cè)應(yīng)變?yōu)橹芟驊?yīng)變,，與所計(jì)算得到的xy方向應(yīng)變吻合,，提取出xy向應(yīng)變?cè)茍D及數(shù)據(jù)，以便于與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,。

" f# Q6 k. j& l7 C% W圖19 最終位置防熱套上沿周向應(yīng)變及提取點(diǎn)位置

表1 提取點(diǎn)應(yīng)變數(shù)據(jù)

point1	0.011%
Point2	0.052%
Point3	0.0077%

圖20 最終位置防熱套上周向應(yīng)變沿軸線point1-point3的變化曲線

ii.              膠體速度為0.5mm/min,，改變膠體涂抹均勻度

膠體的涂抹厚度與均勻度會(huì)影響到計(jì)算的結(jié)果，更改膠體上下的均勻度,，設(shè)定初始時(shí)底部膠體厚度為3.03mm,，頂部膠體厚度為1mm，得到以下結(jié)果,。

圖21 最終位置壓強(qiáng)云圖

由于頂部出口小,，膠體來不及流出，因此壓強(qiáng)在出口位置變大,。

以下圖22-圖24分別為沿直角坐標(biāo)系x,、y、z方向應(yīng)力云圖,，圖25為直角坐標(biāo)系下合應(yīng)力云圖,，圖26-圖28為沿直角坐標(biāo)系x、y,、z方向應(yīng)變?cè)茍D,，圖29為直角坐標(biāo)系下合應(yīng)變?cè)茍D。

圖22 最終位置防熱套x方向應(yīng)力云圖

圖23 最終位置防熱套y方向應(yīng)力云圖

圖24 最終位置防熱套z方向應(yīng)力云圖

圖25 最終位置防熱套合應(yīng)力云圖

圖26 最終位置防熱套x方向應(yīng)變?cè)茍D

圖27 最終位置防熱套y方向應(yīng)變?cè)茍D

圖28 最終位置防熱套z方向應(yīng)變?cè)茍D

) m1 x0 k6 R: n- `& k% L! E! S2 R圖29 最終位置防熱套應(yīng)變?cè)茍D

/ I  e; ^( P+ i- a圖30 最終位置防熱套沿周向應(yīng)變?cè)茍D

圖31 最終位置防熱套上周向應(yīng)變沿某條軸變化曲線

圖32 提取點(diǎn)位置示意圖

表2提取點(diǎn)周向應(yīng)變數(shù)據(jù)

point1	0.021%
Point2	0.15%
Point3	0.0014%

2)         工況二（速度為5mm/min）

在其他條件一致的條件下僅改變膠體的流動(dòng)速度,，計(jì)算結(jié)果如下：

圖33為最終平衡位置時(shí)壓強(qiáng)云圖,，圖34為最終平衡位置時(shí)壓強(qiáng)沿軸向變化曲線，圖35為最終平衡位置時(shí)壓強(qiáng)最大點(diǎn)隨著離平衡位置的距離的變化過程,，圖36-圖38為沿直角坐標(biāo)系x,、y,、z方向應(yīng)力云圖，圖39為防熱套上合應(yīng)力云圖,，圖40-圖42為沿直角坐標(biāo)系x,、y、z方向應(yīng)變?cè)茍D,，圖43為防熱套上合應(yīng)變?cè)茍D,。

圖33 最終位置壓力云圖

" ^+ k- i% U7 H: i/ y圖34 最終位置p隨軸向變化曲線

圖35 壓強(qiáng)最大值隨離平衡位置的距離的變化曲線

5 l& w! p2 v- r9 [圖36 最終位置防熱套x方向應(yīng)力云圖

圖37 最終位置防熱套y方向應(yīng)力云圖

圖38 最終位置防熱套z方向應(yīng)力云圖

, u! r' e( L- z( ~  M5 |1 a6 c0 t圖39 最終位置防熱套應(yīng)力云圖

圖40 最終位置防熱套x方向應(yīng)變圖

1 c6 F* s+ R8 x8 U  t2 T& f圖41 最終位置防熱套y方向應(yīng)變圖

圖42 最終位置防熱套z方向應(yīng)變圖

7 }; W' _) `2 w4 s# g圖43 最終位置防熱套應(yīng)變圖

圖44 最終位置防熱套沿周向應(yīng)變圖

8 J  `. X$ |% L9 V  m: f5 ?' E圖45 最終位置防熱套周向應(yīng)變沿軸線變化曲線

以下圖46和圖47分別為在擴(kuò)大十倍和四十倍時(shí)防熱套的變形圖。

" H) f* |6 t/ d" A0 S& g" }8 T圖46 擴(kuò)大十倍變形圖

圖47 擴(kuò)大四十倍變形圖

防熱套上在不同放大倍數(shù)的變形及應(yīng)變?cè)茍D如圖48和圖49：

圖48 沿周向應(yīng)變?cè)茍D及擴(kuò)大十倍變形圖

7 x- B' j; D, U圖49 防熱套上應(yīng)變?cè)茍D及擴(kuò)大四十倍變形圖

4.         仿真分析結(jié)論

本次模擬套膠過程采用流固耦合,，將流體計(jì)算得到的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)作為防熱套變形的邊界條件,，計(jì)算分別以膠體流動(dòng)速度為0.5mm/min和5mm/min兩種工況進(jìn)行，通過第一種工況速度為0.5mm/min與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,，提取實(shí)驗(yàn)點(diǎn)上數(shù)據(jù),，應(yīng)變值如表1所示，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比在同一數(shù)量級(jí)上,。且給定的防熱套上斷裂伸長率為1.05%,，從計(jì)算數(shù)據(jù)上可以看出，在此兩種工況下防熱套上所受到的力都還不能致使防熱套開裂,。

ashin1539

不得不佩服樓主的耐心，分析很詳細(xì)

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