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中心浇口圆盘注塑件中纤维取向的预测

田雅楠

   随着纤维增强塑料复合材料(FRP)的广泛应用,对其性能的研究也越来越迫切。不同于其他的增强材料,由于纤维较长,会在流场中出现取向,使得纤维增强塑料复合材料呈现出各向异性。对纤维增强塑料复合材料的研究主要集中在纤维的取向上。在研究中,一般以纤维悬浮流作为研究对象,对于纤维在空间的取向情况,可以用两个Euler角来描述,建立这两个Euler角随时间的变化关系,就可以得到纤维在流场中的取向情况。 Jeffery在1922年得到了悬浮在不可压缩的牛顿流体中的单纤维的运动方程。本文将Jeffery方程带入到三维流场,并且为了消除方程中一些数学表达上的奇异性,引入随体坐标的概念,得到了Jeffery方程的较为简洁的表达形式。以此为基础,建立了一个中心浇口圆盘模型,通过对此模型的研究,得出了以下几点结论: (1)流场中的纤维有两种运动趋势,一是在流场的作用下做周期性的转动,另一种是趋于渐进地转到某一位置。 (2)在模型的表面层,由于只有剪切作用,纤维的取向是平行于剪切的方向。纤维在此流场之中做周期性的转动,但是,在取向的位置,纤维转动很慢,而在其他位置,纤维转动很快,纤维大部分时问是处于平行于剪切方向的取向。 (3)在模型的中心层,只存在拉伸作用,纤维的取向状态是平行于拉伸方向,并且纤维发生取向之后,会保持取向的状态一直到流动结束。 (4)在表面层和中心层之间的中间层,纤维同时受到剪切和拉伸的作用,其取向会出现两种情况,一是平行于剪切方向,另一种是平行于拉伸方向。随着高度的变化,剪切作用和拉伸作用所处的地位不同。如果剪切占主导,纤维较多地平行于剪切方向取向,如果拉伸占主导,纤维较多地平行于拉伸方向取向。 (5)纤维的取向还同时受到纤维初始角,注射速度以及纤维长径比的影响。纤维的初始角会影响到剪切流场中纤维的取向速度和剪切流场中的纤维转动速度;随着注射速度的增加,纤维在剪切流场和拉伸流场之中的转动速度都会加快;纤维的长径比在拉伸流场之中影响较小,但是在剪切流场中,随着长径比的增加,纤维的转动变慢,纤维的取向周期变长。……   
[关键词]:纤维增强;纤维悬浮流;随体坐标;中心浇口圆盘
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:郑州大学2010年