随着当今国内外橡胶市场日益扩大,关于橡胶制品的质量要求也在相应的增高。日常所用的橡胶胶料通常由挤出机机头的入口处进入,在进入机头流道内,经过最后的出口口模挤出,最终形成所需要的橡胶挤出制品,而最终影响橡胶制品质量很关键的因素就是出口速度的均匀性,因此对机头流道的合理设计就显得尤为关键。现今对机头流道的设计方法一般为数值模拟方法和经验设计方法,本文使用数值模拟的方法对五个复合挤出机机头流道进行优化设计,并研究橡胶胶料在各个流道中的流动特性。对初始分支流道进行了速度、壁面压力以及壁面剪切应力的分析,除了由不可避免的沿程阻力所造成的能量损失外,阻尼块区域和分流区区域这两处地方由于形状发生了较大的突变,会造成橡胶胶料流动过程中受到较大的方向阻力和形变阻力,同时会产生大量的能量损失,以致于进一步加大进出口的压力降,同时还会造成出口处速度的不均匀性,中间的速度值相对四周的速度值偏高。随着挤出机机头流道内的阻尼块高度的增加,对出口处速度的速度均匀性产生了较大的影响,进出口的压力降也在不断增加,壁面剪切应力由于阻尼块上端部分突变更为明显,剪切应力也相应地不断增加;随着阻尼块宽度的加宽,出口速度的均匀性有着较为明显的变化,进出口的压力降稍有增加,剪切应力也稍有增加。长方形形状的阻尼块上端部分的突变较其他两种形状的阻尼块更大,由此长方形形状的阻尼块的所造成的压力降最大,其产生的剪切应力也是最大,梯形形状阻尼块次之,三角形形状阻尼块最小,在对出口速度均匀性的影响上,长方形形状的阻尼块较其他两种形状的阻尼块出口速度的中间速度较小,两侧速度较大,所以在流道的几何模型限制内其出口的速度均匀性最好,梯形形状的阻尼块次之,三角形形状的阻尼块较弱。随着分流区角度的增大,橡胶流动流经分流区时,突变更小,其造成的压力降减小,产生的剪切应力也减小,在对出口速度均匀性的影响上,橡胶流动更偏向流道内测,导致出口速度的内测流速越来越高于外侧流速。随着成型段长度的增加,对出口速度的均匀性和壁面压力影响较大,使得出口处中间速度值越大,四周边缘速度值越小,因其壁面产生较大的壁面沿程阻力,其造成的压力降也在逐渐变大,但未对橡胶流动产生明显的形变阻力和方向阻力,故其对壁面的剪切应力几乎没有影响。运用拟灵敏度的分析方法对重新设计的分支流道模型进行拓扑优化,并进行二次拓扑优化验证,根据其拓扑优化后的模型、速度矢量图和流线图对重新设计的模型进行设计,分析了设计后的模型与原模型的出口速度均匀性、壁面压力和壁面剪切应力对比,并分析了其原因。结合流固耦合的理论,将优化后的各个流道与复合挤出机进行流固耦合,施加载荷和边界条件到优化前和优化后的复合挤出机,观察其优化前后的应力和变形,并验证其优化的可靠性。