多层流体分析用程序、多层流体分析系统及多层流体分析方法技术方案

本发明专利技术提供一种多层流体分析用程序、多层流体分析系统及多层流体分析方法，在2.5维的多层流动分析中，能够进行能表现界面包裹现象的分析。多层流体分析程序在多层流体的有限元模型中，设为将各层分割为元素并使元素具有层厚的信息的2.5维来分析多层流体的状态变化。多层流体分析用程序具有：层厚计算工序，在各层的界面处法线方向和切线方向上的应力平衡并且界面处的流速连续这样的条件下，为了分析界面包裹现象而近似地考虑流体的粘弹性效应，并设为在展开状态下TD方向上的层厚发生变化来计算所述层厚；及显示工序，在多层流体的流动方向和宽度方向上按各层显示层厚计算工序的计算结果。的计算结果。的计算结果。

【技术实现步骤摘要】
多层流体分析用程序、多层流体分析系统及多层流体分析方法


[0001]本专利技术涉及多层流体分析用程序、多层流体分析系统及多层流体分析方法。

技术介绍

[0002]近年来，以共挤出工序为对象的数值分析技术的研究不断发展，存在利用三维数值分析法的粘弹性流动分析。但是，其中多数的分析方法是基础研究的内容，关于以实用的树脂成型装置为对象的三维分析，数量不多。这是因为，网格生成和分析方法复杂，并且需要重新网格化等复杂的过程，所以为了得到精度高的分析结果，需要进行庞大量的计算，这在计算结果输出之前需要大量的时间。
[0003]因此，使用多层流体的2.5维分析方法(例如专利文献1)。在多层流体的有限元素模型中，通过设为使各元素具有层厚的信息的2.5维来分析多层流体的状态变化，由此与三维的多层流体分析相比，能够简化分析内容并且减少计算量，因此能够缩短到结果输出为止的时间。另外，在元素分割中，与三维下的流体分析相比，能够自动地进行元素分割，并且不需要重新网格化等复杂的工序。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特许第6547157号

技术实现思路

[0007]专利技术所要解决的课题
[0008]在专利文献1的多层流动分析中，在流体为粘性流体的前提下，根据流体的本构方程及运动方程，基于法线方向的压力的平衡和层间的速度的连续性来计算展开状态下的各层的层厚，并根据能量守恒定律来计算各层的热流动数据。专利文献1所记载的法线方向的平衡式是基于各层中的压力、粘度、层厚而确定的，因此如图22(a)所示，设为TD方向上的层厚为恒定来进行2.5维的流体分析。分析结果也如图22(b)所示，设为在供料块11中TD方向的层厚为恒定而被输出。但是，由于实际的高分子物质是具有粘性和弹性这两种性质的粘弹性，因此在专利文献1所示的分析方法中，难以应对在塑料薄膜制膜的现场产生的各种问题。
[0009]如图4所示，在供料块型的T型模头100中，各层在汇合点P处汇合，经由供料块11在歧管12中向TD方向扩展。已知在图9中示意性地表示的粘度不同的双层流体的截面中，当将表层的粘度设为η1、将中间层的粘度设为η2时，在η1<η2的情况下，产生粘度低的表层从两端部包裹粘度高的中间层的界面包裹现象。若在各层的厚度的变动大的状态下流入歧管12，则也无法忽视对所制成的薄膜的影响。
[0010]为了降低这样的界面包裹现象的影响而实现各层的厚度的均匀化，如图14(a)及图15(d)所示，进行了变更供料块11的截面形状的操作。但是，难以对供料块11中的各层的
状态进行实际测量，为了使截面形状优化，需要大量的实证实验。根据这种背景，要求在2.5维的多层流动分析程序中能够表现界面包裹现象的分析方法。
[0011]因此，本专利技术的目的在于提供一种多层流体分析用程序、多层流体分析系统及多层流体分析方法，在2.5维的多层流动分析中，能够进行能表现界面包裹现象的分析。
[0012]用于解决课题的技术方案
[0013]为了解决上述问题，第一专利技术提供一种多层流体分析用程序，在多层流体的有限元模型中，设为将各层分割为元素并使所述元素具有层厚的信息的2.5维来分析供料块型T型模头的所述多层流体的状态变化，其特征在于，使计算机执行如下工序：层厚计算工序，在各层的界面处法线方向和切线方向上的应力平衡并且所述界面处的流速连续这样的条件下，不考虑所述层厚的厚度方向上的流体的流动，在比各层的汇合点靠下游侧的供料块中为了分析界面包裹现象而近似地考虑流体的粘弹性效应，并设为在展开状态下TD方向上的层厚发生变化，基于所述供料块的矩形截面的形状和所述供料块内的树脂的第二法线应力差来计算所述层厚；及显示工序，从比所述各层的汇合点靠上游侧到所述汇合点的下游侧，在所述多层流体的MD方向和所述TD方向上按所述各层显示所述层厚计算工序的计算结果。
[0014]在第二专利技术中，其特征在于，在所述层厚计算工序中，通过对由以下的联立方程表示的所述法线方向的所述应力的平衡式进行求解来进行计算，
[0015]【公式1】
[0016][0017]在此，p
l
表示各层中的压力，η
l
表示粘度，Ψ
2，l
表示第二法线应力差系数，ε
l
表示壁厚方向的应变速度，γ
l
表示剪切应变速度，l表示层编号，上式是层从第一层联立到第l层的联立微分方程。
[0018]在第三专利技术中，其特征在于，在所述层厚计算工序中，使用能够表现粘弹性剩余应力张量的Criminale Erickson Filbey模型(CEF模型)，对所述TD方向上的压力梯度进行平均化，并基于利用针对矩形截面内单层稳态粘性流动的流速分布的所述MD方向上的压力梯度的理论解而导出的联立方程来计算所述层厚。
[0019]在第四专利技术中，提供一种多层流体分析用程序，在多层流体的有限元模型中，设为将各层分割为元素并使所述元素具有层厚的信息的2.5维来分析供料块型T型模头的所述多层流体的状态变化，其特征在于，使计算机执行如下工序：热流动计算工序，在各层的界面处法线方向和切线方向上的应力平衡并且所述界面处的流速连续这样的条件下，不考虑所述层厚的厚度方向上的流体的流动，在比各层的汇合点靠下游侧的供料块中为了分析界面包裹现象而近似地考虑流体的粘弹性效应，并设为在展开状态下在与MD方向正交的截面中产生压力梯度，基于所述供料块的矩形截面的形状和所述供料块内的树脂的第二法线应力差来计算所述元素的热流动数据；及显示工序，从比所述各层的汇合点靠上游侧到所述汇合点的下游侧，在所述多层流体的所述MD方向和TD方向上按所述各层显示所述热流动计算工序的计算结果。
[0020]在第五专利技术中，提供一种多层流体分析系统，在多层流体的有限元模型中，设为将各层分割为元素并使所述元素具有层厚的信息的2.5维来分析供料块型T型模头的所述多
层流体的状态变化，其特征在于，具有：层厚计算部，在所述各层的界面处法线方向和切线方向上的应力平衡并且所述界面处的流速连续这样的条件下，不考虑所述层厚的厚度方向上的流体的流动，在比各层的汇合点靠下游侧的供料块中为了分析界面包裹现象而近似地考虑流体的粘弹性效应，并设为在展开状态下使TD方向上的层厚发生变化，基于所述供料块的矩形截面的形状和所述供料块内的树脂的第二法线应力差来计算所述层厚；及显示部，从比所述各层的汇合点靠上游侧到所述汇合点的下游侧，在所述多层流体的MD方向和所述TD方向上按所述各层显示所述层厚计算部的计算结果。
[0021]在第六专利技术中，提供一种多层流体分析方法，在多层流体的有限元模型中，设为将各层分割为元素并使所述元素具有层厚的信息的2.5维，利用计算机来分析供料块型T型模头的所述多层流体的状态变化，其特征在于，具有：在各层的界面处法线方向和切线方向上的应力平衡并且所述界面处的流速连续这样的条件下，不考虑所述层厚的厚度方向上的流体的流动，在比各层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层流体分析用程序，在多层流体的有限元模型中，设为将各层分割为元素并使所述元素具有层厚的信息的2.5维来分析供料块型T型模头的所述多层流体的状态变化，其特征在于，使计算机执行如下工序：层厚计算工序，在各层的界面处法线方向和切线方向上的应力平衡并且所述界面处的流速连续这样的条件下，不考虑所述层厚的厚度方向上的流体的流动，在比各层的汇合点靠下游侧的供料块中为了分析界面包裹现象而近似地考虑流体的粘弹性效应，并设为在展开状态下TD方向上的层厚发生变化，基于所述供料块的矩形截面的形状和所述供料块内的树脂的第二法线应力差来计算所述层厚；及显示工序，从比所述各层的汇合点靠上游侧到所述汇合点的下游侧，在所述多层流体的MD方向和所述TD方向上按所述各层显示所述层厚计算工序的计算结果。2.根据权利要求1所述的多层流体分析用程序，其特征在于，在所述层厚计算工序中，通过对由以下的联立方程表示的所述法线方向的所述应力的平衡式进行求解来进行计算，【公式1】在此，p
l
表示各层中的压力，η
l
表示粘度，Ψ
2，l
表示第二法线应力差系数，ε
l
表示壁厚方向的应变速度，γ
l
表示剪切应变速度，l表示层编号，上式是层从第一层联立到第l层的联立微分方程。3.根据权利要求1或2所述的多层流体分析用程序，其特征在于，在所述层厚计算工序中，使用能够表现粘弹性剩余应力张量的Criminale Erickson Filbey模型即CEF模型，对所述TD方向上的压力梯度进行平均化，并基于利用针对矩形截面内单层稳态粘性流动的流速分布的所述MD方向上的压力梯度的理论解而导出的联立方程来计算所述层厚。4.一种多层流体分析用程序，在多层流体的有限元模型中，设为将各层分割为元素并使所述元素具有层厚的信息的2.5维来分析供料块型T型模头的所述多层流体的状态变化，其特征在于，使计算机执行如下工序：热流动计算工序，在各层的界面处法线方向和切线方向上的应力平衡并且所述界面处的流速连续这样的条件下...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷藤真一郎，
申请(专利权)人：浙江精诚模具机械有限公司，
类型：发明
国别省市：