針對纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料的成型流動(dòng)過程，基于宏觀流場、介觀纖維取向和微觀聚合物大分子鏈三尺度信息耦合的多尺度模型，使用有限體積法和有限差分法相結(jié)合的數(shù)值算法，分析了纖維增強(qiáng)聚合物熔體在收縮流腔中的流動(dòng)行為，得到了其纖維取向和應(yīng)力分布，并討論了纖維存在對聚合物熔體流場應(yīng)力的影響。結(jié)果表明：當(dāng)剪切運(yùn)動(dòng)占優(yōu)時(shí)，纖維呈現(xiàn)周期旋轉(zhuǎn)取向；而拉伸運(yùn)動(dòng)占優(yōu)時(shí)，纖維沿單軸拉伸取向。同時(shí)，由于纖維的周期旋轉(zhuǎn)，纖維增強(qiáng)聚合物熔體法向應(yīng)力差的空間分布呈現(xiàn)出隨時(shí)間逐步發(fā)展的擬序渦結(jié)構(gòu)。

      在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料注塑成型過程中，熔體經(jīng)過剪切、拉伸、應(yīng)力變化、溫度變化等作用，其結(jié)構(gòu)和性能也隨之變化，加上注塑工藝等影響，使材料制品在成型過程中由于各向異性而產(chǎn)生不同程度的殘余應(yīng)力，從而影響材料制件最終的力學(xué)性能。作為復(fù)合材料殘余應(yīng)力的一部分，纖維引起的殘余流動(dòng)應(yīng)力是制品產(chǎn)生各向異性的主要原因之一，它和殘余熱應(yīng)力一起對材料制件的最終性能產(chǎn)生影響。目前對殘余應(yīng)力的研究大多集中在殘余熱應(yīng)力上，鮮有對殘余流動(dòng)應(yīng)力的分析。殘余流動(dòng)應(yīng)力計(jì)算的關(guān)鍵在于模型的建立，為此本文中將采用多尺度模型對等溫聚合物熔體的流動(dòng)情況進(jìn)行應(yīng)力分析，以便進(jìn)一步從不同尺度研究復(fù)合材料的殘余流動(dòng)應(yīng)力。

      流場應(yīng)力分布與纖維取向密切相關(guān)，這是由于短纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料制品的許多性能與纖維的取向有關(guān)。由于復(fù)合材料在纖維取向方向的力學(xué)性能優(yōu)于垂直取向方向的力學(xué)性能，纖維取向會(huì)通過熔接線和邊壁效應(yīng)等改變材料的機(jī)械特性，使成型制品呈現(xiàn)明顯的各向異性。因此為了研究流場應(yīng)力分布，有必要對纖維取向分布進(jìn)行分析。

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