相对于短纤维复合材料,长纤维增强热塑性复合材料(long fiber reinforced thermoplastics,LFRT)既保留了使用传统注塑工艺成型制品的能力,又能显著提高制品的强度、刚性、抗蠕变性能和低温抗冲击性能,是制品轻量化与结构化的重要替代材料,也是当前发展最为迅速的高性能复合材料之一。然而,在注塑成型中长纤维在复杂多场作用下会折损变短,当其长度小于临界值时,纤维受力就会容易从基体中拔出而强度得不到充分发挥,达不到产品设计要求。因此,探究成型过程中纤维断裂机理,使纤维保留足够长度来传递负载,是学术界和工业界的一个主要研究目标。在此背景下,论文开展了LFRT注塑成型填充阶段纤维长度折损的数值预测方法与实验研究,致力于构建表征纤维断裂与注塑流场应力之间关系的力学模型,实现注塑流场应力作用下纤维长度折损的较准确预测。主要研究工作如下:(1)从OSEEN扰动方程出发,研究了单一外力对熔体运动的扰动,将浸没在熔体中的纤维描述为刚性长直圆柱形颗粒,推导了纤维在层流剪切场中任意取向状态下的受力方程。(2)根据纤维受力方程和Euler buckling准则,分别推导了小变形和大变形条件下纤维挠度方程,以纤维的拉伸强度为判据,建立了表征纤维屈曲和断裂程度与剪切应力之间关系的力学模型。计算结果表明,纤维的断裂几乎和屈曲同步发生,随着纤维取向角改变,纤维的屈曲断裂程度呈现周期性变化,当纤维取向与剪切方向成45°时,纤维受力最大,最容易断裂,并且纤维的屈曲断裂程度与纤维长径比和流场剪切速率呈正相关。(3)基于Jeffery方程开展了纤维在三维流场和二维流场中的动力学研究,重点计算分析了平面稳态剪切流场中纤维在整个旋转周期内的取向特征。研究表明:纤维在任意初始取向状态下,其在剪切流场中的旋转周期均随着纤维的长径比的增大而增大,随着流场剪切速率的增大而减小,并且在每个周期的绝大部分时间,纤维总是在流动平面内运动。(4)根据纤维在平面剪切流场中的取向特征,使用旋转流变仪开展了初始纤维长度分别为3 mm和6 mm的长玻纤增强聚丙烯在特定剪切速率下的剪切实验,采用FASEP 3E-Eco型高精度纤维长度分析仪统计了剪切后纤维剩余长度和数量,并与模型预测结果进行了对比。结果表明:纤维的断裂比率随着流场剪切速率和初始纤维长度的增大而增大,并且在不同的剪切速率下预测结果与实验结果均吻合较好,验证了本文构建模型的可靠性。论文构建了表征纤维断裂与注塑流场应力之间关系的力学模型,使剪切流场中长纤维折损预测从定性上升到定量层面,对指导模具设计、成型工艺设置以及调控制品中纤维长度具有重要意义。