流動誘導(dǎo)短纖維取向分布的理論與數(shù)值研究.pdf

1、在注塑制品生產(chǎn)中，為了增強制品的性能，最常用的方法就是在聚合物基中添加短纖維如玻璃纖維、碳纖維。纖維的存在將最終影響到制品的彈性模量、拉伸強度、熱傳導(dǎo)、導(dǎo)電性能以及光學(xué)性質(zhì)等。纖維的尺寸是變化的，典型的注塑用短纖維的直徑為0.01-0.02mm，長徑比為10-50，單位體積含有10，000/mm3個取向的纖維。 在注塑充填中，懸浮在熔體中的纖維由于受到變形流場的作用，將沿一定方向取向，并且取向會隨著不同的位置和不同的時刻而發(fā)生變

2、化。最終固化到制品中纖維取向處于一個復(fù)雜狀態(tài)，從而導(dǎo)致力學(xué)性能的各向異性。因此，理解、預(yù)測和控制纖維的取向行為，進而控制最終制品的性能具有非常重要的意義。 本論文針對短纖維增強塑料，利用Jeffery單纖維的動力學(xué)方程，解析研究了單個纖維在簡單剪切流和拉伸流場中纖維的運動軌跡和取向行為，分析了剪切速率、作用時間、纖維的長徑比、纖維的初始取向角等因素對纖維運動和取向行為的影響。 同時，利用統(tǒng)計學(xué)意義取向概率分布函數(shù)描述取向

3、狀態(tài)，建立了纖維取向分布函數(shù)演化的偏微分方程，即Fokker-Plank方程，結(jié)合Jeffery的只考慮流動引起取向的方程模型，在懸浮體流變學(xué)的基礎(chǔ)上并考慮由流動及纖維內(nèi)部影響兩個方面作用引起的取向，最后得到預(yù)測纖維取向的微分方程。 在此基礎(chǔ)上，針對于三維剪切和拉伸兩個特殊的特征流場，解析求解了纖維取向分布演化方程，并得到了在這兩個流場中纖維的取向特征。而對于復(fù)雜流場，采用有限差分的方法來求解這個演化方程，并得到不同時刻不同位置