轮胎胶料压延过程数值模拟

为研究轮胎胶料压延过程中的流动和变形,本文建立了胶料压延过程的二维有限元模型,分别采用Bird-Carreau (BC)模型和五模态Phan-Thien-Tanner(PTT)模型对胶料的纯黏性和黏弹性行为进行了表征.提出了根据流场分布差异来确定黏弹性流体压延分离点的方法,即假设不同分离点位置进行计算,当假设分离点处的速度矢量与压延方向(水平方向)一致时,该点即为实际分离点.利用Polyflow软件对压延过程进行了数值模拟,在此基础上进一步研究了辊筒转速对胶料厚度比的影响.结果表明:采用五模态PTT模型获得的胶料厚度比与实际测量值基本吻合,而采用BC模型的计算值则差异较大,这一方面表明了本文数值模型的有效性,另一方面也表明了压延过程模拟必须计及胶料的弹性;胶料厚度比在低辊速下随着辊速增加而迅速增大,在较高辊速时则趋于稳定,这也与现场实测结果一致.

单螺杆橡胶挤出机三维非等温流动数值模拟

为研究胶料在挤出过程中的流动模式,本文建立了具有复杂几何构型的主、副螺纹单螺杆螺槽内胶料三维非等温流动的有限元模型,采用Bird-Carreau模型和Arrhenius shear stress方程分别表征胶料黏度随剪切速率和温度的变化,并通过热力学估算确定了合理的机筒壁热学边界条件.在此基础上求解了20 r/min转速下的速度场、温度场和压力场,并将温度数值计算结果与实测结果进行了对比,两者吻合较好,这表明了模型的有效性.此外,通过模拟发现主、副螺纹构型的热喂料螺杆确实可以避免挤出过程中的"死区"并提供更强剪切作用;螺杆挤出段的副螺纹阻碍了胶料的流动,使得该处压力更大;由于受剪切时间更长、更强烈,胶料在挤出段温度最高.最后考察了不同转速下的压力和温度,结果发现挤出过程的最大压力与最高温度均随转速增大而升高,与此同时由于胶料自身的剪切变稀特性和温度依赖性,压力与温度上升的趋势会随着转速的升高而减缓.