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PET饮料瓶成型过程仿真及系统开发

作　者: 张召翠
导　师: 郑水英
学　校: 浙江大学
专　业: 化工过程机械
关键词: PET拉伸吹塑冷却固化 POLYFLOW 遗传算法仿真分析系统
分类号: TQ320.662
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 128次
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内容摘要

注射拉伸吹塑是仅次于注射成型和挤出成型的第三大塑料成型方法,广泛的应用于PET饮料瓶的成型过程。其成型过程及其复杂,极大的影响吹塑成型瓶的机械性能及生产成本。因此,国内外学者一直通过各种方法来研究PET饮料瓶的成型过程,力图对拉伸吹塑阶段和冷却固化阶段进行完善的分析,并根据仿真结果对该过程进行优化。本论文首先对所使用的材料PET进行了介绍,并说明了拉伸吹塑的原理。给出了拉伸吹塑阶段和冷却固化阶段的控制方程和粘度模型,详细介绍了建立包括模具、拉伸杆和瓶坯的有限元模型的过程,以及求解拉伸吹塑问题的数学模型的方法。使用POLYFLOW软件对PET瓶成型过程中的拉伸吹塑阶段和冷却固化阶段进行了仿真,分析了工艺条件、瓶坯结构类型、网格密度等对成型瓶厚度分布的影响。本文对冷却的分析从拉伸过程开始,能更真实的反映冷却过程中成型瓶的温度变化情况,并分析了瓶坯初始温度分布对成型瓶厚度的影响。对比了正锥形瓶坯和倒锥形瓶坯成型过程中的变形和对成型瓶厚度的影响。从理论和仿真的角度,分析了成型过程中的应力情况,解释了瓶坯变形的原因。结合仿真的结果和计算中出现的问题,总结了影响PET瓶性能的原因。结合有限元分析的结果和理论指导,进行了成型过程的优化。为了方便优化过程中大量的有限元模型建立,对PET饮料瓶开发了参数化建模的方式。分别使用遗传算法和parison programming方法对瓶坯结构和工艺条件进行了优化。本文的优化结果对实际生产也有一定的指导意义。最后,将对PET饮料瓶的分析过程及优化分析结果,使用VC++语言开发成PET饮料瓶设计仿真分析系统软件平台,并建立了完善的数据库管理系统,该系统可以很好的应用于工程实际。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-27
  1.1 引言  11-15
  1.2 PET饮料瓶仿真分析系统开发的研究现状  15-22
    1.2.1 塑料瓶拉伸吹塑阶段的研究现状  16-17
    1.2.2 塑料瓶冷却固化阶段的研究现状  17-19
    1.2.3 PET饮料瓶成型瓶坯优化的研究现状  19-21
    1.2.4 塑料瓶成型过程二次开发系统的研究现状  21-22
  1.3 计算流体力学及POLYFLOW软件介绍  22-25
    1.3.1 计算流体力学介绍  22-23
    1.3.2 POLYFLOW软件介绍  23-25
  1.4 本文的主要研究内容  25-27
2 PET饮料瓶成型过程仿真的有限元模型  27-44
  2.1 引言  27
  2.2 PET饮料瓶材料及成型工艺简介  27-30
    2.2.1 拉伸吹塑材料介绍  27-29
    2.2.2 PET饮料瓶成型工艺介绍  29-30
  2.3 PET饮料瓶吹塑成型分析中的数学模型  30-34
    2.3.1 PET饮料瓶拉伸吹塑成型有限元仿真的假设  30
    2.3.2 PET饮料瓶拉伸吹塑成型阶段的控制方程  30-31
    2.3.3 PET熔体粘弹性模型  31-34
      2.3.3.1 微分型粘弹性模型  31-33
      2.3.3.2 积分型粘弹性模型  33-34
      2.3.3.3 冷却固化阶段的基本方程  34
  2.4 PET饮料瓶拉伸吹塑成型过程仿真的有限元模型  34-41
    2.4.1 瓶坯几何模型  35
    2.4.2 模具和拉伸杆几何模型  35-37
    2.4.3 网格划分  37-39
    2.4.4 设定边界条件和子域  39-41
  2.5 有限元模型的求解及计算时间参数的设置  41-43
    2.5.1 有限元模型的非定常问题求解  41-42
    2.5.2 计算时间参数的设置  42-43
  2.6 本章小结  43-44
3 模型的求解及分析  44-70
  3.1 引言  44
  3.2 拉伸吹塑阶段模拟结果及分析  44-61
    3.2.1 工艺条件参数对拉伸吹塑过程的影响  44-48
      3.2.1.1 拉伸杆的速度  44-45
      3.2.1.2 预吹压力  45-46
      3.2.1.3 延迟时间  46-47
      3.2.1.4 高压吹压力  47-48
    3.2.2 接触分析  48-49
    3.2.3 网格密度对计算结果的影响  49-51
    3.2.4 正锥形瓶坯和倒锥形瓶坯分析  51-54
    3.2.5 不同壁厚瓶坯的分析  54-58
    3.2.6 应力分析  58-61
      3.2.6.1 理论分析  58-59
      3.2.6.2 有限元仿真分析  59-61
  3.3 冷却固化阶段模拟结果及分析  61-67
    3.3.1 冷却过程分析  63-65
    3.3.2 瓶坯不同的温度分布对成型瓶厚度的影响  65-67
  3.4 影响PET瓶性能的原因分析  67-69
  3.5 本章小结  69-70
4 瓶坯优化  70-83
  4.1 引言  70
  4.2 PET饮料瓶有限元模型的参数化建模  70-74
    4.2.1 参数化建模介绍  70-71
    4.2.2 参数化建模的具体过程  71-74
  4.3 饮料瓶有限元仿真优化  74-79
    4.3.1 优化原理介绍  74-76
    4.3.2 PET饮料瓶成型过程优化  76-78
    4.3.3 优化后的模拟结果  78-79
  4.4 parison programming优化  79-82
    4.4.1 parison programming介绍  79-80
    4.4.2 parison programming子任务优化步骤及结果分析  80-82
  4.5 本章小结  82-83
5 PET饮料瓶设计仿真分析系统  83-106
  5.1 引言  83
  5.2 PET饮料瓶设计仿真分析系统  83-92
    5.2.1 开发平台和系统目标介绍  83-85
    5.2.2 主要程序和接口介绍  85-88
      5.2.2.1 Gambit的基本操作  85-86
      5.2.2.2 Flpost的基本操作  86-87
      5.2.2.3 VC++读写文件操作  87-88
    5.2.3 使用的数据库介绍  88-89
    5.2.4 ADO接口简介  89-91
    5.2.5 VC++6.0调用外部软件操作  91-92
  5.3 PET饮料瓶设计仿真分析系统软件界面说明  92-103
    5.3.1 MFC编程开发框架  92
    5.3.2 PET饮料瓶设计仿真分析系统界面介绍  92-101
      5.3.2.1 建立模型模块  93-97
      5.3.2.2 数据管理  97-98
      5.3.2.3 参数设置模块  98-101
    5.3.3 计算及结果显示模块  101-103
      5.3.3.1 仿真计算功能  101
      5.3.3.2 结果显示功能  101-102
      5.3.3.3 优化分析功能  102-103
  5.4 数据库  103-105
  5.5 本章小结  105-106
6 结束语  106-109
  6.1 结论  106-107
  6.2 需要进一步开展的工作  107-109
参考文献  109-112
攻读硕士期间发表的论文  112

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