【摘 要】
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高聚物材料双向拉伸薄膜成型的有限元模拟属于非线性问题,为材料本构关系非线性、几何非线性、边界条件非线性等三重非线性问题的耦合.该文采用大位移大应变弹粘塑性有限元理
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高聚物材料双向拉伸薄膜成型的有限元模拟属于非线性问题,为材料本构关系非线性、几何非线性、边界条件非线性等三重非线性问题的耦合.该文采用大位移大应变弹粘塑性有限元理论,建立高温高速拉伸条件下的高聚物材料本构模型,推导高温高速拉伸条件下高聚物大变形的弹粘塑性有限元列式,进而开发高聚物熔体双向拉伸成型过程的弹粘塑性有限元模拟软件,利用所开发的软件进行BOPP(Biaxially Oriented Polypropylene,简称BOPP)树脂拉伸成型工艺的模拟,以期找出双向拉伸成型过程中破膜的内在机理,制定合格原材料的工艺标准,实现工艺及工装的优化,最大限度地减少生产企业的经济损失.为了实现上述目的,该文提出并采用了下述技术方法:(1)理解大变形弹塑性有限元理论,并针对BOPP树脂双向拉伸成型工艺,提出动态强制位移边界约束的处理方法.(2)利用Rheometric Scientific,Inc.的Meissner拉伸流变仪,在变温、变速率的情况下作四种商用BOPP树脂的拉伸流变实验,分别研究高温、高速拉伸条件下应力与应变的变化关系,应力与应变率的变化关系,应用最小二乘法拟合商用BOPP树脂在高温下拉伸流变曲线,提出基于连续介质力学的商用BOPP树脂变形行为的本构模型.(3)推导考虑温度影响的热弹粘塑性高聚物多轴本构方程,利用大变形弹粘塑性有限元理论,自主开发针对高聚物热弹粘塑性成型的大变形有限元模拟程序,并作程序验证.(4)分析材料参数、温度和拉伸速度等材料和工艺条件对BOPP树脂横向拉伸成型的影响,揭示材料和工艺条件等对成型影响的规律,在此基础上提出高聚物材料高温高速双向拉伸成型时提高成型稳定性的有效途径.(5)分析现有的BOPP树脂横向拉伸设备结构对BOPP树脂横向拉伸成型的影响,针对现有结构的缺陷,提出优化的横向拉伸成型工装结构.(6)通过实际的工艺操作,验证BOPP树脂双向拉伸成型工艺有限元模拟结果的可靠性.
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