تحلیل المان محدود جریان آمیزه لاستیکی پر شده با الیاف کوتاه از درون دای اکسترودر

در این پروژه رفتار جریان یک آمیزه لاستیکی دارای الیاف کوتاه در حدیده اکسترودر مطالعه شد. حدیده به کار رفته در این کار یک حدیده متقارن محوری بود و برای مطالعه جریان در آن یک مدل دوبعدی بر اساس روش المان محدود پنالتی پیوسته توسعه یافت. در این مدل با توجه به هندسه دارای تقارن محوری حدیده، تنها سرعت های شعاعی و محوری در نظر گرفته شده و وابستگی آن ها نیز تنها به همین دو جهت فرض شد. آمیزه به کار رفته در پروژه، یک آمیزه تهیه شده از لاستیک طبیعی و لاستیک استایرین- بوتادی ان بود و برای الیاف کوتاه از نایلن 6و6 استفاده شد. در کنار این آمیزه یک آمیزه بدون الیاف نیز تهیه شد. برای بررسی رفتار رئولوژی این دو آمیزه آزمون رئومتری حدیده اسلیت به کار رفت. بدین ترتیب با به دست آوردن اختلاف فشار و دبی جرمی خروجی در سرعت های مختلف، منحنی جریان برای هر دو آمیزه به دست آمد. روی این دو منحنی جریان، برای مدل های ساختاری پاورلا و کرو برازش صورت گرفت و پارامترهای این دو مدل به دست آمد. از آنجا که این دو مدل تنها رفتار ویسکوز را لحاظ می کنند برای کامل تر شدن مدل سازی از یک مدل ویسکوالاستیک صریح به نام cef نیز برای بیان رئولوژی هر دو آمیزه استفاده شد. برای بررسی نحوه آرایش یافتگی الیاف و نحوه تاثیر این آرایش یافتگی روی سایر متغیرهای میدان جریان از تنسورهای آرایش یافتگی و معادله تاکر استفاده شد. در این کار آرایش یافتگی تنها با تنسور مرتبه دوم بیان شد و رابطه بازگشتی استفاده شده برای حل این معادله رابطه هیبریدی بود. سپس اکستروژن هر دو آمیزه انجام شد و در دورهای مختلف از پیچ اکستردور داده های اختلاف فشار دو سر حدیده و دبی جرمی خروجی از آن اندازه گیری شده و ثبت شد. با استفاده از هر یک از معادلات ساختاری بیان شده، مدل سازی جریان ابتدا برای آمیزه لاستیکی بدون الیاف درون حدیده مورد نظر انجام شد و دبی جرمی جریان محاسبه گردید. نتایج به دست آمده از این مدل سازی با نتایج تجربی به دست آمده از اکستروژن مقایسه شد و کارایی هر یک از معادلات ساختاری در مدل سازی بررسی شد. سپس مدل سازی برای آمیزه لاستیکی دارای الیاف در دو حالت و برای هر یک از معادلات ساختاری انجام شد. حالت اول بدون در نظر گرفتن اثر الیاف و حالت دوم با در نظر گرفتن اثر آرایش یافتگی الیاف و استفاده از معادله تاکر برای به دست آوردن جهت گیری الیاف صورت گرفت. نتایج به دست آمده از مدل سازی با نتایج تجربی اکستروژن آمیزه لاستیکی دارای الیاف مقایسه شد و کارایی معادلات ساختاری به کار رفته و همچنین میزان تاثیر آرایش یافتگی الیاف روی رئولوژی جریان مطالعه شد. برای انجام مدل سازی یک کد المان محدود تحت زبان برنامه نویسی فرترن نوشته شد و مراحل مختلف برای رسیدن به پاسخ مسئله در آن انجام شد. از میان معادلات ساختاری به کار رفته در این تحقیق مدل ویسکوالاستیک cef بهترین نتایج را به دست داد و در مدل سازی اکستروژن آمیزه لاستیکی دارای الیاف، دیده شد که در نظر گرفتن اثر آرایش یافتگی الیاف ضروری بوده و بدون آن پاسخ های صحیحی به دست نمی آید.