套膠過程仿真計算

元計算

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算的過程,。耦合計算前,，根據(jù)流體及固體的力學行為確定計算模型,。下面對模型中各部分進行分析,。

（1）膠體：按照流體力學的觀點,，流體可分為理想流體和實際流體兩大類，理想流體在流動時無阻力,，故稱為非粘性流體,。實際流體流動時有阻力即內(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力與產(chǎn)生的剪切速率之間的關系,，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，非牛頓流體的粘性除與溫度有關外,，還與剪切速率和時間有關,，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算,，同時簡化了計算工況，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,，因此視為剛性體，也可認為是流體計算的固壁邊界,。

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

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,，直至達到給定內(nèi)外殼間距指標要求,。在該過程中，需保證外殼不開裂,，并給出外殼的應力及應變，檢驗應力或應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力,，以及防熱套的位移和應力，對膠水和防熱套進行耦合計算,計算采用的參數(shù)如下：

膠水：動力粘度：由實驗數(shù)據(jù)給定,，隨時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）：

圖2 計算模型圖

* s4 f( S" k2 g! X1 @4 a圖3 模型網(wǎng)格圖

計算分為初始速度為0.5mm/min 和5mm/min兩種工況。 模擬膠體在軸向相對運動50mm,，并設定膠體最終厚度為0.1mm,，根據(jù)模型尺寸,，假設膠體的初始厚度為3.03mm。

3.         計算結果

1)         工況一（速度為0.5mm/min）

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

計算結果諸如以下圖：
% k* I  }' v  |圖4為最終平衡位置時膠體上壓力云圖,。

圖4 最終位置壓強云圖

) t$ X- p8 y4 ~: \" n圖5 最終位置壓強p隨軸向變化曲線

    膠體上壓強對稱分布,，圖5為最終平衡位置時壓強沿軸向變化規(guī)律。

7 `0 y/ \! W) m) b7 s. l) F, K圖6 壓強最大值隨離平衡位置距離的變化曲線

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

應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力,，以下圖7至圖9分別為在直角坐標系下沿各個方向的應力云圖,，圖10為防熱套上合應力云圖。

, u+ n4 b* H! \8 P圖7 最終位置防熱套x方向應力云圖

  n7 c1 ]* e" b- z6 d7 [圖8 最終位置防熱套y方向應力云圖

圖9 最終位置防熱套z方向應力云圖

" J2 |. Q: R/ D2 _8 y3 w圖10 最終位置防熱套上應力云圖

在直角坐標中所取單元體為正六面體時,，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,，定義為線應變，以下圖11至圖13分別為沿x,、y,、z方向的線應變云圖，圖14為防熱套上線性合應變云圖,。

, R+ _& z" y, G5 Q圖11  最終位置防熱套上x方向應變

圖12 最終位置防熱套上y方向應變

5 P7 q! J+ ~5 h8 O圖13 最終位置防熱套上z方向應變

圖14 最終位置防熱套上應變

以下圖15和圖16分別為在擴大十倍和四十倍時防熱套的變形圖,。

圖15 擴大十倍時變形圖

5 }5 _' E0 F2 g, ?圖16 擴大四十倍時變形圖

防熱套上在不同放大倍數(shù)的變形及應變云圖如圖17和圖18：

; {/ ]  Y! h! `; z5 h, z, ]0 Y# p圖17 最終位置時防熱套上應變及擴大十倍時變形圖

圖18 最終位置時防熱套上應變及擴大四十倍時變形圖

實驗所測應變?yōu)橹芟驊�變，與所計算得到的xy方向應變吻合,，提取出xy向應變云圖及數(shù)據(jù),，以便于與實驗數(shù)據(jù)進行對比。

圖19 最終位置防熱套上沿周向應變及提取點位置

表1 提取點應變數(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影響到計算的結果,，更改膠體上下的均勻度，設定初始時底部膠體厚度為3.03mm,，頂部膠體厚度為1mm,，得到以下結果。

圖21 最終位置壓強云圖

由于頂部出口小,，膠體來不及流出,，因此壓強在出口位置變大。

以下圖22-圖24分別為沿直角坐標系x,、y,、z方向應力云圖,，圖25為直角坐標系下合應力云圖，圖26-圖28為沿直角坐標系x,、y,、z方向應變云圖，圖29為直角坐標系下合應變云圖,。

圖22 最終位置防熱套x方向應力云圖

圖23 最終位置防熱套y方向應力云圖

圖24 最終位置防熱套z方向應力云圖

8 U: l4 k+ a: [圖25 最終位置防熱套合應力云圖

圖26 最終位置防熱套x方向應變云圖

4 i" [; s6 l+ K圖27 最終位置防熱套y方向應變云圖

) E; Z( l* h' z8 P* D4 w圖28 最終位置防熱套z方向應變云圖

圖29 最終位置防熱套應變云圖

圖30 最終位置防熱套沿周向應變云圖

圖31 最終位置防熱套上周向應變沿某條軸變化曲線

- E8 \0 g; d1 b& L; I& v圖32 提取點位置示意圖

表2提取點周向應變數(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速度,，計算結果如下：

圖33為最終平衡位置時壓強云圖，圖34為最終平衡位置時壓強沿軸向變化曲線,，圖35為最終平衡位置時壓強最大點隨著離平衡位置的距離的變化過程,，圖36-圖38為沿直角坐標系x、y,、z方向應力云圖,，圖39為防熱套上合應力云圖，圖40-圖42為沿直角坐標系x,、y,、z方向應變云圖，圖43為防熱套上合應變云圖,。

圖33 最終位置壓力云圖

圖34 最終位置p隨軸向變化曲線

圖35 壓強最大值隨離平衡位置的距離的變化曲線

圖36 最終位置防熱套x方向應力云圖

圖37 最終位置防熱套y方向應力云圖

. j/ W  I7 p* [% S  I! q9 a; u圖38 最終位置防熱套z方向應力云圖

圖39 最終位置防熱套應力云圖

$ B  `- F5 q  C- |3 v, a# B5 _, S圖40 最終位置防熱套x方向應變圖

圖41 最終位置防熱套y方向應變圖

0 O# H1 Z) s8 N$ b8 R1 I圖42 最終位置防熱套z方向應變圖

2 a& z9 B5 C* z$ j4 R6 H圖43 最終位置防熱套應變圖

. _& g1 N; ?, u  b1 v+ A6 x: w& I圖44 最終位置防熱套沿周向應變圖

9 ]! L* J5 S" A# p7 O8 Q; {圖45 最終位置防熱套周向應變沿軸線變化曲線

以下圖46和圖47分別為在擴大十倍和四十倍時防熱套的變形圖,。

圖46 擴大十倍變形圖

圖47 擴大四十倍變形圖

防熱套上在不同放大倍數(shù)的變形及應變云圖如圖48和圖49：

圖48 沿周向應變云圖及擴大十倍變形圖

; B: i, e0 l* R9 }: h7 f+ L圖49 防熱套上應變云圖及擴大四十倍變形圖

4.         仿真分析結論

本次模擬套膠過程采用流固耦合，將流體計算得到的壓強數(shù)據(jù)作為防熱套變形的邊界條件,，計算分別以膠體流動速度為0.5mm/min和5mm/min兩種工況進行,，通過第一種工況速度為0.5mm/min與實驗進行對比，提取實驗點上數(shù)據(jù),，應變值如表1所示,，與實驗數(shù)據(jù)相比在同一數(shù)量級上。且給定的防熱套上斷裂伸長率為1.05%,，從計算數(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

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