集成生命周期環(huán)境影響評估的塑料管材擠出模具輕量化設計方法.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展，擠出模具已廣泛應用于塑料管材的生產(chǎn)制造。塑料管材擠出模具通常依據(jù)設計者的經(jīng)驗設計，為了保證擠出模具具有足夠的強度和剛度，往往會在一定程度上增加擠出模具的尺寸，這種不合理的設計方式會導致擠出模具質量過重，造成原材料的浪費。輕量化設計方法是在保證設計產(chǎn)品強度和剛度的情況下減少產(chǎn)品的重量，通過減少原材料的使用來減少對環(huán)境造成的影響。然而，輕量化設計之后的產(chǎn)品從全生命周期角度并不總是能夠減少產(chǎn)品的環(huán)境影響。輕量化在設計階段對產(chǎn)品

2、結構、材料等的優(yōu)化，有可能會影響產(chǎn)品在生命周期其它階段的環(huán)境影響，不合理的輕量化設計方法甚至會增加產(chǎn)品全生命周期階段的環(huán)境負荷。而現(xiàn)有的輕量化設計方法僅僅考慮以產(chǎn)品重量為目標，并沒有考慮輕量化設計對產(chǎn)品全生命周期內環(huán)境的影響。因此，本文針對塑料管材擠出模具提出了一種集成生命周期環(huán)境影響評估的輕量化設計方法，用于減少塑料管材擠出模具的重量，同時優(yōu)化擠出模具生命周期內的環(huán)境性能。
　　首先，分析了塑料管材擠出模具的特點，闡述了現(xiàn)有擠出

3、模具及輕量化設計存在的問題。在此基礎上，提出了一種面向塑料管材擠出模具輕量化設計方法的框架。該框架集成了生命周期環(huán)境影響評估和結構優(yōu)化方法，以塑料管材擠出模具的重量和擠出模具生命周期內的環(huán)境影響為目標函數(shù)進行結構優(yōu)化，選取擠出模具各個零件的形狀參數(shù)為設計變量，以擠出模具結構的強度和剛度為約束條件。
　　其次，進一步對塑料管材擠出模具結構優(yōu)化過程中目標函數(shù)和約束條件的獲取進行研究。為了獲得擠出模具的強度和剛度的約束條件，基于有限元法

4、和流體力學原理對熔融塑料進行流體仿真，對塑料管材擠出模具進行熱力耦合分析。為了獲得擠出模具環(huán)境影響的目標函數(shù)，基于生命周期評估的原理和方法，評估塑料管材擠出模具生命周期內的環(huán)境影響。
　　最后，基于上述的研究，選取塑料管材擠出模具不同零件的形狀參數(shù)作為設計變量，結合結構優(yōu)化方法，建立擠出模具輕量化設計的數(shù)學模型，并將本文的輕量化設計方法應用于一種塑料管材擠出模具。對比分析原始模型、現(xiàn)有的輕量化設計方法以及本文所提出的輕量化設計方法