Bài viết Nghiên cứu mô phỏng số dòng polymer trong khuôn đùn sản xuất các chi tiết cơ khí tập trung nghiên cứu, phân tích ứng xử, các tính chất của dòng Polymer nóng chảy trong khuôn sử dụng phương pháp mô phỏng số CFD (Computational Fluid Dynamics) bằng phần mềm Polyflow trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 NGHIÊN CỨU MƠ PHỎNG SỐ DỊNG POLYMER TRONG KHN ĐÙN SẢN XUẤT CÁC CHI TIẾT CƠ KHÍ Nguyễn Văn Kựu, Nguyễn Anh Tuấn, Nguyễn Văn Lập Trường Đại học Thủy lợi, email: nguyenvankuu123@tlu.edu.vn nhiệt độ, [1]… vậy, để phân tích nhóm tác giả sử dụng mơ hình khn có thơng số Các chi tiết dạng đĩa sản Bảng xuất rộng rãi phương pháp đùn ép Để có sản phẩm tốt vấn đề phân bố độ dày, áp suất, độ nhớt… dịng Polymer nóng chảy phải đạt yêu cầu kỹ thuật định, đảm bảo chi tiết bị lỗi, tróc rỗ tế vi bề mặt Mặt khác, việc xây dựng mô hình tốn xác để thiết kế, mơ phỏng, phân tích ứng xử, tính chất lưu biến dịng Polymer nóng chảy khn khó khăn ảnh hưởng yếu tố cấu trúc hình học độ nhớt đàn Hình Mơ hình khn hồi… Do đó, với phát triển khoa học cơng nghệ, nhiều phương pháp Khn đùn gồm phận giải vấn đề phức tạp nêu đường ống vào, đường ống phân phối, khe Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả tập trung hở Hình dáng khn mơ hình hóa nghiên cứu, phân tích ứng xử, tính chất hình dịng Polymer nóng chảy khuôn sử Bảng Thông số khuôn dụng phương pháp mô số CFD (Computational Fluid Dynamics) phần W, mm H, mm α, ( độ) B, mm mềm Polyflow sở phương pháp phần 400 3,0 15 130 tử hữu hạn (PTHH) Kết báo làm sở khoa học cho việc tối ưu tính Trên sở thơng số hình học có được, tốn, thiết kế khn nhóm tác giả xây dựng mơ hình 3D tiến hành chia lưới cho mơ hình phần mềm PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ANSYS hình hình 3, [2], [5]: Tính tốn, mơ GIỚI THIỆU NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Xây dựng mơ hình tốn Các đặc tính lưu biến dịng Polymer phức tạp Khác với chất lỏng Newton, Polymer chất lỏng Non - Newton, nên độ nhớt thay đổi, phụ thuộc vào tốc độ trượt, 252 Hình Mơ hình 3D khuôn Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 ( 0 )(1 n 1 & ) 2 (4) đó, - Độ nhớt vật liệu có vận tốc trượt đạt vơ cùng, Pa.s 0 - Độ nhớt vật liệu có vận tốc trượt đạt 0, Pa.s - Hằng số thời gian, s n - Chỉ số Power law Thông số vật liệu Hình Mơ hình PTHH Các giả thiết xây dựng mơ hình tốn: - Dịng vật liệu nóng chảy chất Non Newton khơng nén được; - Dịng chảy đều, đẳng tích, tồn dịng dịng chảy tầng; - Khn điền đầy vật liệu; - Khơng có tượng trượt dịng vật liệu thành tường khuôn Trên sở giả thiết trên, phương trình liên tục, phương trình momen, phương trình hệ tọa độ Descartes mơ tả dòng chảy biểu diễn dạng sau, [2], [3], [5]: r (1) rr p rr uurr ( &)D Nhiệt độ dịng polymer nóng chảy lúc đùn lên đến 2300 C, hình a đường cong biểu thị mối quan hệ độ nhớt tốc độ trượt 2300 C Các đặc tính vật liệu thơng số mơ hình Bird-Carreau biểu thị Bảng Bảng Thông số vật liệu Thông số Giá trị Khối lượng riêng, kg.m-3 900 0, Pa.s 2404 2.15 (2) n 0,38 (3) đó: r - Vector vận tốc, m/s p - Áp suất, Pa Điều kiện biên toán rr ur - Tensor ứng suất, Pa ur D - Tensor tốc độ biến dạng, s -1 - Độ nhớt biểu kiến, Pa.s & - Tốc độ trượt, s -1 Để xây dựng mơ hình tốn mơ đặc tính độ nhớt dịng Polymer nóng chảy có nhiều nhiều mơ hình tính tốn dựa phương trình tổng quát Newton phương trình lượng, phương trình độ nhớt Phan-Thien and Tanner (PTT model), Giesekus modle, Bird-Carreau model… Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng mơ hình Bird-Carreau để tính tốn, biểu diễn mối quan hệ độ nhớt biểu kiến tốc độ trượt sau : Để tính tốn, nhóm tác giả sử dụng phần mềm Polyflow, chương trình tính tốn động lực học chất lưu (Computational Fluid Dynamics - CFD) ứng dụng để tính tốn, mơ tính nhớt tính đàn hồi dịng chảy sở phương pháp phần tử hữu hạn Phần mềm sử dụng rộng rãi để giải vấn đề phức tạp liên quan đến chất lỏng Non - Newton, vấn đề phi tuyến, vấn đề liên quan đến tính lưu biến q trình chế biến thực phẩm, gia công vật liệu Polymer cao su, [5] Trong mơ hình tốn, vận tốc dẫn xuất từ tốc độ dòng gây đường ống vào khn, dịng hướng theo chiều dịng chảy, điều kiện khơng trượt trơn gắn bề mặt khn dịng vật liệu 253 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018 ISBN: 978-604-82-2548-3 Kết thảo luận Theo hình 4, vận tốc đạt giá trị lớn đầu vào đường ống phân phối, tiến dần giá trị đầu Mặt khác, nhận thấy cuối đường ống phân phối xuất cục vùng ứ đọng dung dịch Việc phân bố vận tốc đầu yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, có sai khác dẫn đến có nhiều khuyết tật sản phẩm ứ đọng dòng Polymer khu vực gần cuối đường ống phân phối khn Trong q trình đùn, để sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật việc giảm áp suất đóng vai trị quan trọng, then chốt Việc phân bố đồng áp suất tốt chất lượng sản phẩm đạt chất lượng cao, đảm bảo yêu cầu, theo hình trình giảm áp suất dọc theo trục x tương đối đồng đều, hệ số phân bố đồng áp suất 1,7% Có thể thấy q trình đùn dịng Polymer khn khơng bị chênh lệch áp suất nhiều, đảm bảo cho q trình sản xuất bị lỗi, sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật KẾT LUẬN Áp suất vận tốc dịng Polymer khn phân tích, mơ phương pháp mơ số Theo kết phân tích vận tốc đầu khn biến thiên vận tốc lớn, ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm Mặt khác, để đạt sản phẩm chất lượng đảm bảo yêu cầu kỹ thuật phải ý đến vùng ứ đọng Hình Vận tốc dịng Polymer khn dịng vật liệu khn đảm bảo giảm áp suất đồng trình Trên hình 5, Biểu thị áp suất dịng sản xuất chi tiết Polymer khuôn đùn Để chiều dày chi tiết đồng TÀI LIỆU THAM KHẢO trình giảm áp suất từ đầu đường ống vào đến đường dòng Polymer phải [1] Purus hottam D Gujrati and Arkadii I [2] [3] Hình Áp suất dịng Polymer khuôn [4] Đánh giá phân bố đồng áp suất thông qua hệ số U, [4]: U Pmax Pmin 100% Pmax (5) [5] đó: Pmax - Độ giảm áp suất lớn nhất; Pmin - Độ giảm áp suất nhỏ 254 Leonov (2010), Modeling and Simulation in Polymers, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, Weinheim O.C Zienkiewicz, R.L Taylor, P Nithiarasu (2005), The Finite Element Method For Fluid Dynamics, Elsevier Butterworth Heinemann Joel H Ferziger, Milovan Peric (2002), Computational Method for Fluid Dynamics, ISBN 3-540-42074-6, Springer, NewYork Zang Bing, Jiang Bo (2001), Optimized Calculation of The Coat-Hanger Die and The Simulation of The Distribution of Pressure, J.Plastics, 30(2):33~37 ANSYS, Inc (2012), ANSYS POLYFLOW User's Guide, Published in the U.S.A ... đọng Hình Vận tốc dịng Polymer khn dịng vật liệu khuôn đảm bảo giảm áp suất đồng trình Trên hình 5, Biểu thị áp suất dòng sản xuất chi tiết Polymer khuôn đùn Để chi? ??u dày chi tiết đồng TÀI LIỆU THAM... x tương đối đồng đều, hệ số phân bố đồng áp suất 1,7% Có thể thấy trình đùn dịng Polymer khn khơng bị chênh lệch áp suất nhiều, đảm bảo cho q trình sản xuất bị lỗi, sản phẩm đạt yêu cầu kỹ thuật... phân phối xuất cục vùng ứ đọng dung dịch Việc phân bố vận tốc đầu yếu tố quan trọng, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, có sai khác dẫn đến có nhiều khuyết tật sản phẩm ứ đọng dòng Polymer khu