【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于塑料加工领域，具体地说，涉及一种粉末填料与高粘度聚合物熔体混合过程的fem-dem仿真模拟方法。
技术介绍
1、聚合物的填充改性是目前高分子聚合物加工中应用最广泛的物理改性方法之一，其中颗粒相的形貌演变行为直接决定了填充物的微观形貌，进而影响填充物的宏观性能和改性效果。
2、目前，许多科研人员对粉末填料在高粘度熔体中混合进行了定性分析研究，但是，对于粉末填料具体的混合过程与微观动力学评价认识仍不明确，需要进行更多的定量研究，而且当粉末粒径较小时，颗粒之间的内聚力会在团聚体内起主导作用，因此，有必要考虑颗粒之间的作用力在粉末填料与高粘度熔体聚合物中的影响。
3、有鉴于此特提出本专利技术。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：
2、一种粉末填料与高粘度聚合物熔体混合过程的fem-dem仿真模拟方法，包括如下步骤：
3、步骤s1：根据双转子连续混炼机建立几何物理模型；
4、步骤s2：根据混炼机的几何物理模型划分网格，划分定域和动域，定域与动域之间采用滑移界面，通过滑移面交换两个区域的数据。所述基本求解参数至少包括：转子转速、流体粘度、流体密度、颗粒-颗粒粘结力、单个颗粒直径、团聚体初始尺寸、团聚体总质量以及时间步长；
5、步骤s3：根据fem-dem耦合方法，建立混炼过程中的流体相控制方程，其流体相控制方程包括连续性方程和动量方程并计算流体相的应用张量和颗粒对流体的
6、平均质量守恒方程表示为：
7、
8、平均动量守恒方程：
9、
10、其中αf为流体体积分数，p为气体压力，ρf为流体密度，u为流体相速度矢量。
11、步骤s4：根据fem-dem耦合方法建立混炼过程中的固体的颗粒运动控制方程；通过显式求解分别控制平动和转动粒子运动的欧拉第一定律和第二定律，以拉格朗日的方式追踪计算域内的所有粒子：
12、
13、
14、其中mp为颗粒质量，g为重力加速度矢量，fc为颗粒-颗粒和颗粒-壁面相互作用的接触力，ωp为角速度矢量，jp为其转动惯量张量，mc为引起颗粒旋转的切向力产生的净扭矩；由于流体和固体颗粒的相互作用，增加了两个附加项：ff→p是与流体相相互作用的附加力，mf→p是由于流体相速度梯度引起的附加力矩；
15、步骤s5：颗粒与颗粒之间的粘结力使用bond模型，它是附着在一对相邻粒子上的无质量的圆柱形实体，它对键合粒子施加弹性和粘性力和力矩，作为它们相对运动引起的变形的反应。如果作用在bond上的外载荷超过其规定的强度，它就会断裂，其对颗粒的粘结作用就会停止。键合强度可以通过调节其单位面积法向刚度、单位面积切向刚度、法向应力极限、切向应力极限和阻尼比来实现。
16、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述步骤s1中，所述混炼机的等比缩小的几何模型尺寸参数中几何宽度为88.4mm，厚度为10mm。
17、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述步骤s2中，对混炼流场划分网格，划分定域和动域，交界面旋转半径为40mm；
18、设定基本参数包括所述基本求解参数至少包括：流体粘度576pa·s、流体密度918kg/m3、颗粒-颗粒的单位面积法向刚度100000n/m3、单位面积切向刚度100000n/m3、法向应力极限100000pa、切向应力极限100000pa、阻尼比0.2、单个颗粒直径300μm、团聚体初始尺寸3mm×3mm×3mm、团聚体总质量5mg、时间步长5e-03s。
19、6、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述步骤s3中，为流体相的应力张量，定义为：
20、
21、fp→f表示与颗粒相相互作用的动量源项，根据表达式计算得到：
22、
23、其中αf为流体体积分数，p为气体压力，ρf为流体密度，为流体相速度矢量，vc为计算单元体体积，n为计算单元体内部的颗粒数，ff→p为流体对颗粒产生的作用力。
24、7、作为本专利技术的一种优选实施方式，所述步骤s5中，键的受力模型如下：
25、
26、
27、
28、
29、为键合粒子的法向弹性力；为键合粒子的的切向弹性力；为bond的弹性扭矩；为bond的弹性弯矩；k'n'为单位面积的法向刚度；k”τ为单位面积的切向刚度；ab为bond的横截面积；为bond线变形的法向分量；为bond线变形的切向分量；为角变形的法向分量；角变形的切向分量；jb为bond横切面的极惯性矩；ib为bond横切面的惯性矩；ηb为粘结阻尼比；m*键合粒子的平均质量；为相对速度矢量的法向分量；为相对速度矢量的切向分量；为相对旋转速度矢量的法向分量；相对旋转速度矢量的切向分量；为粘性力的法向分量；为粘性力的切向分量；为粘性扭矩；为粘性弯矩。
30、本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
31、本专利技术本专利技术在fem-dem液固耦合模型的基础上，利用双转子混炼机优异的混合性能，引入了颗粒-颗粒之间的粘结模型，建立了混炼机在高粘度熔体中混合粉末填料的数值模拟方法，可以通过混合指数来定量描述混合效果，该模型的计算结果与实验结果相吻合，同时，本专利技术具有成本低，操作性强，精度高等显著优势，可以比较容易获得实验难以测定的解聚规律及原始粒子数据。
32、下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的描述。
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1.一种粉末填料与高粘度聚合物熔体混合过程的FEM-DEM仿真模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种粉末填料与高粘度聚合物熔体混合过程的FEM-DEM仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述混炼机的等比缩小的几何模型尺寸参数中几何宽度为88.4mm，厚度为10mm。
3.根据权利要求1所述的一种粉末填料与高粘度聚合物熔体混合过程的FEM-DEM仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤S2中，对混炼流场划分网格，划分定域和动域，交界面旋转半径为40mm；
4.根据权利要求1所述的一种粉末填料与高粘度聚合物熔体混合过程的FEM-DEM仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤S3中，为流体相的应力张量，定义为：
5.根据权利要求1所述的一种粉末填料与高粘度聚合物熔体混合过程的FEM-DEM仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤S5中，键的受力模型如下：
【技术特征摘要】
1.一种粉末填料与高粘度聚合物熔体混合过程的fem-dem仿真模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种粉末填料与高粘度聚合物熔体混合过程的fem-dem仿真模拟方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述混炼机的等比缩小的几何模型尺寸参数中几何宽度为88.4mm，厚度为10mm。
3.根据权利要求1所述的一种粉末填料与高粘度聚合物熔体混合过程的fem-dem仿真模拟...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，李光明，赵海利，张振邦，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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