發(fā)布時間：2018-06-23 21:08

  本文選題：擠出模具 + 輕量化設計　； 參考：《重慶大學》2016年碩士論文

【摘要】：隨著工業(yè)的發(fā)展,擠出模具已廣泛應用于塑料管材的生產(chǎn)制造。塑料管材擠出模具通常依據(jù)設計者的經(jīng)驗設計,為了保證擠出模具具有足夠的強度和剛度,往往會在一定程度上增加擠出模具的尺寸,這種不合理的設計方式會導致擠出模具質(zhì)量過重,造成原材料的浪費。輕量化設計方法是在保證設計產(chǎn)品強度和剛度的情況下減少產(chǎn)品的重量,通過減少原材料的使用來減少對環(huán)境造成的影響。然而,輕量化設計之后的產(chǎn)品從全生命周期角度并不總是能夠減少產(chǎn)品的環(huán)境影響。輕量化在設計階段對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、材料等的優(yōu)化,有可能會影響產(chǎn)品在生命周期其它階段的環(huán)境影響,不合理的輕量化設計方法甚至會增加產(chǎn)品全生命周期階段的環(huán)境負荷。而現(xiàn)有的輕量化設計方法僅僅考慮以產(chǎn)品重量為目標,并沒有考慮輕量化設計對產(chǎn)品全生命周期內(nèi)環(huán)境的影響。因此,本文針對塑料管材擠出模具提出了一種集成生命周期環(huán)境影響評估的輕量化設計方法,用于減少塑料管材擠出模具的重量,同時優(yōu)化擠出模具生命周期內(nèi)的環(huán)境性能。首先,分析了塑料管材擠出模具的特點,闡述了現(xiàn)有擠出模具及輕量化設計存在的問題。在此基礎上,提出了一種面向塑料管材擠出模具輕量化設計方法的框架。該框架集成了生命周期環(huán)境影響評估和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,以塑料管材擠出模具的重量和擠出模具生命周期內(nèi)的環(huán)境影響為目標函數(shù)進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,選取擠出模具各個零件的形狀參數(shù)為設計變量,以擠出模具結(jié)構(gòu)的強度和剛度為約束條件。其次,進一步對塑料管材擠出模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中目標函數(shù)和約束條件的獲取進行研究。為了獲得擠出模具的強度和剛度的約束條件,基于有限元法和流體力學原理對熔融塑料進行流體仿真,對塑料管材擠出模具進行熱力耦合分析。為了獲得擠出模具環(huán)境影響的目標函數(shù),基于生命周期評估的原理和方法,評估塑料管材擠出模具生命周期內(nèi)的環(huán)境影響。最后,基于上述的研究,選取塑料管材擠出模具不同零件的形狀參數(shù)作為設計變量,結(jié)合結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法,建立擠出模具輕量化設計的數(shù)學模型,并將本文的輕量化設計方法應用于一種塑料管材擠出模具。對比分析原始模型、現(xiàn)有的輕量化設計方法以及本文所提出的輕量化設計方法獲得的擠出模具生命周期內(nèi)的環(huán)境影響,驗證本文提出的輕量化設計方法的有效性。
[Abstract]:With the development of industry, extrusion die has been widely used in the production and manufacture of plastic pipes. The plastic tube extrusion die is usually designed according to the designer's experience. In order to ensure that the extrusion die has sufficient strength and rigidity, the size of the extrusion die is often increased to a certain extent. This unreasonable design method will lead to excessive quality of extrusion die, resulting in waste of raw materials. The method of lightweight design is to reduce the weight of the product while ensuring the strength and rigidity of the design product, and to reduce the impact on the environment by reducing the use of raw materials. However, the product after lightweight design does not always reduce the environmental impact of the product from a life-cycle perspective. The optimization of the product structure and materials in the design stage may affect the environmental impact of the product in other stages of the life cycle. The unreasonable lightweight design method may even increase the environmental load in the whole life cycle of the product. However, the existing lightweight design methods only consider the product weight as the target, and do not consider the impact of lightweight design on the environment throughout the product life cycle. Therefore, this paper presents a lightweight design method for plastic tube extrusion die, which integrates environmental impact assessment of life cycle, which is used to reduce the weight of plastic tube extrusion die and optimize the environmental performance during the life cycle of the extrusion die. Firstly, the characteristics of plastic tube extrusion die are analyzed, and the existing problems in extrusion die and lightweight design are expounded. On this basis, a framework of lightweight design method for plastic tube extrusion die is proposed. The framework integrates life cycle environmental impact assessment and structural optimization methods, and takes the weight of plastic tube extrusion die and the environmental impact during the life cycle of extrusion die as objective functions for structural optimization. The shape parameters of each part of the extrusion die are selected as design variables, and the strength and stiffness of the extrusion die structure are taken as the constraint conditions. Secondly, the acquisition of objective function and constraint conditions in the process of optimization of plastic tube extrusion die structure is further studied. In order to obtain the constraint conditions of the strength and stiffness of the extrusion die, the fluid simulation of the melt plastic was carried out based on the finite element method and the principle of fluid mechanics, and the thermo-mechanical coupling analysis of the extrusion die for the plastic pipe was carried out. In order to obtain the objective function of environmental impact of extrusion die, based on the principle and method of life cycle assessment, the environmental impact of extrusion die life cycle of plastic pipe was evaluated. Finally, based on the above research, the shape parameters of different parts of extrusion die of plastic pipe are selected as design variables, and the mathematical model of lightweight design of extrusion die is established by combining the structural optimization method. The lightweight design method is applied to a plastic tube extrusion die. Compared with the original model, the existing lightweight design methods and the environmental impact in the life cycle of the extrusion die obtained by the lightweight design method proposed in this paper, the effectiveness of the proposed lightweight design method is verified.
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ320.724

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本文編號：2058444