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塑料成型过程中的计算方式

文章出处:[db:来源] 人气:发表时间:2020-07-22
挤出成型在塑料加工领域中是一种非常重要的加工手段,塑料的挤出过程是一个连续成型的过程,物料从加料斗加入后,在机筒中经压缩、加热、混合成熔融态流体,被螺杆输送到挤出流道中,物料在旋转螺杆与料筒之间进行输送、压缩、熔融塑化。熔体通过塑模(口模)在压力下成为形状与塑模相似的一个连续体。塑料在整个挤出机内始终处于运动状态,具有很强的动态特性。将计算流体力学应用于塑料成型过程的模拟,可以优化塑料的加工过程,调控产品的结构和性质,有助于实现加工的自动化控制,提高劳动生产率。对聚合物流体流动的研究是复杂流体研究领域中比较活跃的分支之一。其主要研究内容包括了2个方面:一是如何描述聚合物的流动性质,聚合物的流动性质是用本构方程描述的,即如何建立其本构方程;二是当确立其本构方程后,在加工机械的复杂边界条件下,如何精确求解高度非线性、非局域的流体力学控制方程。考虑到聚合物熔体流变性质、螺杆形状及流道几何形状的复杂性,该数值的计算往往是一件十分艰巨的工作。
  
  1常用数值计算方法常用的数值计算方法包括有限差分方法、边界元方法、有限体积方法、有限元方法等。这些方法的基本出发点是一致的,即对整个求解空间作离散处理,通过划分网格作局部线性化近似,把求解非线性偏微分方程约化成为求解每一时刻的线性方程组,之后再依照一定的初始条件或边界条件进行求解。
  
  1.1有限差分方法有限差分法是一种直接将微分问题转变为代数问题的近似数值解法,曾经是一种在计算流体中用来求解物体运动时占主导地位的数值方法。但用此方法求解边界条件复杂,尤其是椭圆型问题不如有限元方法方便。
  
  1.2有限元方法有限元法的基础是极值原理和剖分差值。
  
  它吸收了有限差分法中离散处理的内核,又采用了变分计算中选择逼近函数并对区域进行积分的合理方法,具有广泛的适应性,特别适合于几何、物理条件复杂的问题,而且便于程序的标准化,在黏弹流体流动模拟中应用广泛。
  
  1.3边界元方法边界元法是将全域的求解化为区域边界上的求解,简化了计算;有限元法的近似范围在整个区域上,而边界元法的近似范围仅在区域边界处,因此边界元法的精度高于有限元法。边界元法的缺点在于,其方程组的系数矩阵不对称且为满阵,有时是近似的奇异矩阵,因此对复杂形状的流场,计算效率较低,而且计算时需要采用解析函数的基本解,所以目前只适用于线性问题及基本解已知的问题。
  
  1.4有限体积方法有限体积法的大的优点是即使在粗网格下也能得到准确的积分守恒,从而在实际计算中将大大节省内存的占用,提高计算效率。

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