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1. 仿真模型分析 从套胶过程看，胶体和外壳发生相互作用，该仿真过程是流体和固体耦合计算的过程。耦合计算前，根据流体及固体的力学行为确定计算模型。下面对模型中各部分进行分析。 （1）胶体：按照流体力学的观点，流体可分为理想流体和实际流体两大类，理想流体在流动时无阻力，故称为非粘性流体。实际流体流动时有阻力即内摩擦力（或称剪切力），故又称为粘性流体。根据作用于流体上的剪切应力与产生的剪切速率之间的关系，粘性流体又可分为牛顿流体和非牛顿流体（如下图所示）。 牛顿流体的粘性只和温度有关，非牛顿流体的粘性除与温度有关外，还与剪切速率和时间有关，由所给出的胶体参数，将胶体定性为不可压缩非牛顿流体。
( f9 t+ ~2 v2 J- n& O, o6 Z
图1 流体的分类 计算初始状态，假定内外壳间胶体为充满状态，空气泡已排空，不需要考虑胶体自身的接触计算，同时简化了计算工况，胶体初始厚度即为内外壳初始间距。胶体挤出后暴露于空气，外界环境室温常压。 （2）内壳：内壳材质为铝合金，套胶过程中其变形可忽略不计，因此视为刚性体，也可认为是流体计算的固壁边界。 （3）外壳：外壳材质为短纤维模压高硅氧复合材料，易开裂，容许应变较小，可采用线弹性模型计算。 由以上分析，本次仿真过程可做以下描述：固定内壳，视为流体计算固壁边界条件；外壳以某轴向速度挤压壳间胶体，并将胶体挤出，直至达到给定内外壳间距指标要求。在该过程中，需保证外壳不开裂，并给出外壳的应力及应变，检验应力或应变是否在容许范围内。 2. 仿真模型与参数 考虑胶水的速度和应力，以及防热套的位移和应力，对胶水和防热套进行耦合计算,计算采用的参数如下： 胶水：动力粘度：由实验数据给定，随时间和剪切速率的变化而变化。 热套：弹性模量：1.0*1010pa 泊松比 ：0.34 密度：1.62*103kg/m3 阻尼系数：0.6 仿真模型（单位：m）：
3 z( Y p F+ U8 ~! |) h$ x图2 计算模型图
' X! u4 {" D ^3 `) \& i, S" S图3 模型网格图 计算分为初始速度为0.5mm/min 和5mm/min两种工况。 模拟胶体在轴向相对运动50mm，并设定胶体最终厚度为0.1mm，根据模型尺寸，假设胶体的初始厚度为3.03mm。 3. 计算结果 1) 工况一（速度为0.5mm/min） i. 首先根据非牛顿流体模型计算流体的压力，然后在固体模型中耦合流体计算得到的压强数据，从而得到防热套上应力应变。 计算结果诸如以下图：
# k$ J2 y V5 ~: W9 F图4为最终平衡位置时胶体上压力云图。
5 p' B+ a: l9 C: T! J
图4 最终位置压强云图
/ U9 E3 t4 }& k6 [% n5 E8 m1 H图5 最终位置压强p随轴向变化曲线 胶体上压强对称分布，图5为最终平衡位置时压强沿轴向变化规律。
% W& W$ p) G# c/ l* R4 y& Y图6 压强最大值随离平衡位置距离的变化曲线 压强最大值位置是随着胶体的流动而变化的，为提取压强的演变过程，图6提取最终平衡位置时压强最大值点，追踪其从离平衡位置50mm位置时压强到平衡位置时压强的变化过程。 应力表示单位面积上所承受的附加内力，与面积一样都属于矢量，如果受力面积与力的方向垂直称为正应力，以下图7至图9分别为在直角坐标系下沿各个方向的应力云图，图10为防热套上合应力云图。
) I$ W: l* }8 B( L& q" ] D图7 最终位置防热套x方向应力云图
/ e% R1 ^# C# Z图8 最终位置防热套y方向应力云图
7 F+ u8 E2 y: j! Z5 p( t/ q( Q
图9 最终位置防热套z方向应力云图
P9 r+ M6 M0 x1 f! D/ p( O图10 最终位置防热套上应力云图 在直角坐标中所取单元体为正六面体时，三条相互垂直的棱边的长度在变形前后的改变量与原长之比，定义为线应变，以下图11至图13分别为沿x、y、z方向的线应变云图，图14为防热套上线性合应变云图。
& p, I" R! [) j, A! Q. B x
图11 最终位置防热套上x方向应变
8 G' p' O- `, n图12 最终位置防热套上y方向应变
: S6 o/ U" P! i6 k图13 最终位置防热套上z方向应变
: {+ O& g( k$ j2 x! e9 H
图14 最终位置防热套上应变 以下图15和图16分别为在扩大十倍和四十倍时防热套的变形图。
' @! n6 b' a+ a3 z% v1 r: i
图15 扩大十倍时变形图
; F. b+ |3 b6 X8 W$ e, Y; K
图16 扩大四十倍时变形图 防热套上在不同放大倍数的变形及应变云图如图17和图18：
/ i# e4 X& s8 d+ J4 f8 Y# _图17 最终位置时防热套上应变及扩大十倍时变形图
; P$ v, V+ J, V# q, D( n* V H1 L" t5 h
图18 最终位置时防热套上应变及扩大四十倍时变形图 实验所测应变为周向应变，与所计算得到的xy方向应变吻合，提取出xy向应变云图及数据，以便于与实验数据进行对比。
. N% ]6 \9 O% U. A- |图19 最终位置防热套上沿周向应变及提取点位置 表1 提取点应变数据
+ V5 C, a. s& k- @9 Q) P图20 最终位置防热套上周向应变沿轴线point1-point3的变化曲线 ii. 胶体速度为0.5mm/min，改变胶体涂抹均匀度 胶体的涂抹厚度与均匀度会影响到计算的结果，更改胶体上下的均匀度，设定初始时底部胶体厚度为3.03mm，顶部胶体厚度为1mm，得到以下结果。
+ }6 g2 S: d9 s( ~. i9 \% O- M6 i+ l图21 最终位置压强云图 由于顶部出口小，胶体来不及流出，因此压强在出口位置变大。 以下图22-图24分别为沿直角坐标系x、y、z方向应力云图，图25为直角坐标系下合应力云图，图26-图28为沿直角坐标系x、y、z方向应变云图，图29为直角坐标系下合应变云图。
6 a- x* N5 |9 o图22 最终位置防热套x方向应力云图
( E" h& \4 s# }& d3 |, R% K# Q1 ~图23 最终位置防热套y方向应力云图
/ ~' E" [, k) u' }7 k图24 最终位置防热套z方向应力云图
8 Q2 G0 ]: `4 p+ \& ?' Y; x* ?1 b图25 最终位置防热套合应力云图
$ O" a6 n8 l$ L. k8 ]; i
图26 最终位置防热套x方向应变云图
' _& [8 e1 G/ x2 u6 P4 @图27 最终位置防热套y方向应变云图
$ X5 F6 b3 p9 K8 D# J* J: G/ @
图28 最终位置防热套z方向应变云图
) o. Y/ X$ w1 D0 m: r& H图29 最终位置防热套应变云图
% j) G0 q* Y% A( i0 B图30 最终位置防热套沿周向应变云图
; ~1 \/ V1 r4 E. F* \图31 最终位置防热套上周向应变沿某条轴变化曲线
9 Z, K0 q0 y8 \: f/ q图32 提取点位置示意图 表2提取点周向应变数据 2) 工况二（速度为5mm/min） 在其他条件一致的条件下仅改变胶体的流动速度，计算结果如下： 图33为最终平衡位置时压强云图，图34为最终平衡位置时压强沿轴向变化曲线，图35为最终平衡位置时压强最大点随着离平衡位置的距离的变化过程，图36-图38为沿直角坐标系x、y、z方向应力云图，图39为防热套上合应力云图，图40-图42为沿直角坐标系x、y、z方向应变云图，图43为防热套上合应变云图。
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图33 最终位置压力云图
7 q) \; Z) k$ v3 v图34 最终位置p随轴向变化曲线
( p8 M, h; M" b2 ]7 m图35 压强最大值随离平衡位置的距离的变化曲线
0 G% b, k" L! N5 ~( d1 L6 ^! P) U图36 最终位置防热套x方向应力云图
2 G# f2 \% ~* E) o- k图37 最终位置防热套y方向应力云图
8 u* h) I( T) G c( S9 ]8 \
图38 最终位置防热套z方向应力云图
( H. k+ P3 O7 c图39 最终位置防热套应力云图
7 O# {+ r4 `+ R/ W. z图40 最终位置防热套x方向应变图
% f* ?( ?4 s# s$ E6 z+ F8 q1 P
图41 最终位置防热套y方向应变图
8 u/ c2 Z: e ~$ U' e U- Y$ v图42 最终位置防热套z方向应变图
C# j' u% R3 p5 i% P) v9 L- z
图43 最终位置防热套应变图
" G6 C2 {! g) A r$ m; d! f! A图44 最终位置防热套沿周向应变图
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图45 最终位置防热套周向应变沿轴线变化曲线 以下图46和图47分别为在扩大十倍和四十倍时防热套的变形图。
3 C. | C+ G9 R; ^0 q3 e$ S$ b图46 扩大十倍变形图
" Q/ n6 h* U' L- O3 i( I图47 扩大四十倍变形图 防热套上在不同放大倍数的变形及应变云图如图48和图49：
E- `# z4 l: R! i; R; o0 U
图48 沿周向应变云图及扩大十倍变形图
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图49 防热套上应变云图及扩大四十倍变形图 4. 仿真分析结论 本次模拟套胶过程采用流固耦合，将流体计算得到的压强数据作为防热套变形的边界条件，计算分别以胶体流动速度为0.5mm/min和5mm/min两种工况进行，通过第一种工况速度为0.5mm/min与实验进行对比，提取实验点上数据，应变值如表1所示，与实验数据相比在同一数量级上。且给定的防热套上断裂伸长率为1.05%，从计算数据上可以看出，在此两种工况下防热套上所受到的力都还不能致使防热套开裂。 | 
发表于 2013-8-15 15:26:59
