基于有限元整体式热流道二级热喷嘴极限长度的数值模拟

发布时间：2017-03-28 13:15

  本文关键词：基于有限元整体式热流道二级热喷嘴极限长度的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：历经几十年的发展,热流道技术在塑料注射成型模具行业中已经发挥着越来越重要的作用。热流道技术的应用能使生产效率提高、原材料节约、成本降低、自动化水平提升等,被誉为塑料工业的绿色制造。但近几年,被广泛应用的整体式热流道系统在实际生产中,经常出现熔融塑料渗漏或二级热喷嘴断裂问题,直接影响企业生产和造成经济损失。本文针对整体式热流道二级热喷嘴的断裂问题展开深入的理论分析和工艺研究。融合传热学、材料力学等理论,以汽车装饰条的整体式热流道系统(二级热喷嘴外径为25mm,长度189.5mm)为研究对象,构建二级热喷嘴断裂模型,设定不同的中心距L和二级热喷嘴长度h的比例参数,对二级热喷嘴的极限长度系数α[即(l/h]的主要影响因素进行分析,充分利用有限元ANSYS Workbench强大的分析能力和多物理场耦合功能,进行多种设定条件下的数值模拟,确定二级热喷嘴的极限长度系数α并优化,最后设计相关的实验方案进一步验证。主要研究内容如下：(1)通过理论计算,利用排除法,归纳出二级热喷嘴断裂的原因,构建断裂模型。针对二级热喷嘴的断裂问题或热流道系统的渗漏问题进行探讨,归纳实际使用环境和工况载荷下导致二级热喷嘴断裂的各种影响因素如：螺纹连接、温差载荷、阀针冲击、注射压力等。在对每一个影响因素展开分析和详细计算的基础上,构建出二级热喷嘴的数值模拟模型。(2)进行数值模拟,求解确定二级热喷嘴的极限长度系数α的理论值。主要是运用有限元分析平台ANSYS Workbench,在不同的加热温度、二级热喷嘴挠度或中心距L和二级热喷嘴长度h的比例系数等参数变量,分别对整体式热流道系统进行数值模拟,研究其周围温度场、应力场、应变场的分布情况。在每次模拟分析中,利用控制变量的原则,分别将其中一种影响因素为变量展开讨论。(3)拟定相关的实验条件进行验证。主要是搭建与实际应用相近的实验平台,通过整体式热流道系统的加热温度、二级热喷嘴的外径、缩短二级热喷嘴长度等参数变量的改变来设置三组实验,对数值模拟数据的可靠性进行数据采集。同时对实验和模拟数据都进行二项式拟合,从拟合的匹配比中可以分析数据的可靠性。验证结果表明：实验数据和模拟数据基本吻合,变化趋势基本一致。(4)极限长度系数α的经验公式确立。主要是针对相关的数值模拟和实验数据进行分析,重点讨论中心距和二级热喷嘴长度的相对比例关系对热变形断裂的影响,确立二级热喷嘴的极限长度系数α的经验公式,为整体式热流道系统的设计提供理论指导。本研究对整体式热流道系统在塑料注射模具中的推广应用具有积极意义。
【关键词】：热流道系统 二级热喷嘴 断裂 极限长度系数 数值模拟
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ320.662
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-23
• 1.1 引言14
• 1.2 背景14-18
• 1.2.1 热流道系统简介15-16
• 1.2.2 整体式热流道系统在应用中存在的问题16-18
• 1.3 国内外研究现状18-21
• 1.3.1 国外研究现状18-20
• 1.3.2 国内研究现状20-21
• 1.4 课题来源及主要研究内容21-22
• 1.5 本章小结22-23
• 第二章 二级热喷嘴断裂研究的理论基础23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 热传递的三种方式23-32
• 2.2.1 热传导24-28
• 2.2.2 热对流28-31
• 2.2.3 热辐射31-32
• 2.3 二级热喷嘴的断裂模型建立32-35
• 2.3.1 断裂模型建立32-33
• 2.3.2 挠度计算33-34
• 2.3.3 断裂理论34-35
• 2.4 分流板热变形量35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 二级热喷嘴断裂原因分析37-46
• 3.1 引言37
• 3.2 二级热喷嘴断裂原因37-42
• 3.2.1 螺纹连接理论分析38-40
• 3.2.2 螺纹连接强度校核40-41
• 3.2.3 阀针冲击力校核41-42
• 3.2.4 注射压力校核42
• 3.3 二级热喷嘴断裂改进措施42-45
• 3.3.1 减少应力集中和平均载荷43-44
• 3.3.2 合理选择加工工艺44
• 3.3.3 改变螺纹连接形状44-45
• 3.4 结论45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 二级热喷嘴极限长度数值模拟46-65
• 4.1 引言46
• 4.2 有限元46-49
• 4.2.1 ANSYS发展历程及功能47
• 4.2.2 ANSYS优点47-48
• 4.2.3 有限元分析流程48-49
• 4.3 二级热喷嘴极限长度数值模拟49-60
• 4.3.1 加热温度影响50-54
• 4.3.2 二级热喷嘴挠度影响54-57
• 4.3.3 比例参数影响57-60
• 4.4 结果分析60-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第五章 实验验证65-80
• 5.1 引言65
• 5.2 实验65-69
• 5.3 实验结果69-77
• 5.3.1 加热温度影响70-73
• 5.3.2 热喷嘴挠度影响73-75
• 5.3.3 参数影响75-77
• 5.4 结论77-79
• 5.5 本章小结79-80
• 结论与展望80-81
• 参考文献81-86
• 攻读学位期间发表的学术论文86-88
• 致谢88

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