JP2022181577A - Prediction method of cross-sectional shape of viscoelastic fluid - Google Patents

Prediction method of cross-sectional shape of viscoelastic fluid Download PDF

Info

Publication number
JP2022181577A
JP2022181577A JP2021088603A JP2021088603A JP2022181577A JP 2022181577 A JP2022181577 A JP 2022181577A JP 2021088603 A JP2021088603 A JP 2021088603A JP 2021088603 A JP2021088603 A JP 2021088603A JP 2022181577 A JP2022181577 A JP 2022181577A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cross
fluid
sectional shape
viscoelastic fluid
model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021088603A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
慎一郎 本田
Shinichiro Honda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Rubber Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Rubber Industries Ltd filed Critical Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority to JP2021088603A priority Critical patent/JP2022181577A/en
Publication of JP2022181577A publication Critical patent/JP2022181577A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

To provide a method capable of predicting a cross-sectional shape of a viscoelastic fluid after expansion deformation.SOLUTION: A method for predicting a cross-sectional shape of a viscoelastic fluid passing through an extrusion channel having a discharge port through which a viscoelastic fluid is extruded and then discharged from the discharge port includes the steps of causing a computer to: make a fluid model flow toward a discharge port of a channel model, where the fluid model is placed in the channel model S6; calculate a shear speed of a flowing fluid model at the discharge port S7; and calculate a cross-sectional shape of a viscoelastic fluid discharged from the discharge port after expansion deformation based on a relation between a die swell ratio and a shear speed of the viscoelastic fluid, the shear speed of the fluid model, and an opening dimension of the discharge port S8.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、粘弾性流体の断面形状の予測方法に関する。 The present invention relates to a method for predicting the cross-sectional shape of a viscoelastic fluid.

下記特許文献1には、粘弾性体のシミュレーション方法が記載されている。この方法には、先ず、流入部と流出部を有する流体解析モデルと、粘弾性モデルとを設定し、粘弾性モデルによる流体解析を実行する工程と、流体解析の結果得られた流線上の粘弾性応力から構造解析入力用応力を演算する工程とが含まれている。さらに、流体解析モデルの流出部の流出口の形状を断面とした構造解析モデルを設定する工程と、構造解析モデルに対して、構造解析入力用応力を初期応力として設定し構造解析を実行する工程とが含まれている。 Patent Literature 1 listed below describes a method for simulating a viscoelastic body. This method includes the steps of first setting a fluid analysis model having an inflow portion and an outflow portion and a viscoelastic model, executing a fluid analysis using the viscoelastic model, and calculating the viscosity on the streamline obtained as a result of the fluid analysis. calculating a stress for structural analysis input from the elastic stress. Furthermore, a step of setting a structural analysis model whose cross section is the shape of the outlet of the outlet of the fluid analysis model, and a step of setting the stress for structural analysis input as the initial stress for the structural analysis model and executing the structural analysis. and are included.

特開2017-189957号公報JP 2017-189957 A

上記のような粘弾性体は、流出口から吐出された直後に膨張変形する性質(ダイスウェル)を有する。したがって、流出口から吐出された粘弾性体の断面形状を予測するには、このような膨張変形を考慮することが重要である。 The viscoelastic body as described above has a property of expanding and deforming (die swell) immediately after being discharged from the outlet. Therefore, it is important to consider such expansion deformation in order to predict the cross-sectional shape of the viscoelastic body discharged from the outlet.

本発明は、以上のような実状に鑑み案出されたもので、膨張変形後の粘弾性流体の断面形状を予測することが可能な方法を提供することを主たる目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised in view of the actual situation as described above, and a main object of the present invention is to provide a method capable of predicting the cross-sectional shape of a viscoelastic fluid after being expanded and deformed.

本発明は、粘弾性流体が押し出される吐出口を有する押出流路を通過して、前記吐出口から吐出された前記粘弾性流体の断面形状を予測するための方法であって、前記押出流路をモデリングして、前記吐出口を有する流路モデルを、コンピュータに入力する工程と、前記粘弾性流体をモデリングした流体モデルを、前記コンピュータに入力する工程と、前記粘弾性流体のダイスウェル比とせん断速度との関係を、前記コンピュータに入力する工程とを含み、前記コンピュータが、前記流体モデルを前記流路モデルに配置して、前記流路モデルの前記吐出口に向かって前記流体モデルを流動させる工程と、流動している前記流体モデルの前記吐出口でのせん断速度を計算する工程と、前記関係と、前記流体モデルの前記せん断速度と、前記吐出口の開口寸法とに基づいて、前記吐出口から吐出された膨張変形後の前記粘弾性流体の断面形状を計算する工程とを含むことを特徴とする。 The present invention provides a method for predicting the cross-sectional shape of a viscoelastic fluid that has passed through an extrusion channel having an ejection port through which the viscoelastic fluid is extruded and is ejected from the ejection port, the extrusion channel and inputting a flow path model having the discharge port into a computer; inputting a fluid model modeling the viscoelastic fluid into the computer; a die swell ratio of the viscoelastic fluid; and inputting the relationship to shear rate into the computer, wherein the computer places the fluid model in the channel model and causes the fluid model to flow toward the outlet of the channel model. calculating a shear rate at the outlet of the flowing fluid model; based on the relationship, the shear rate of the fluid model, and the outlet opening size, the and calculating a cross-sectional shape of the viscoelastic fluid after expansion deformation discharged from the discharge port.

本発明に係る前記粘弾性流体の断面形状の予測方法において、前記断面形状を計算する工程は、前記関係に基づいて、前記流体モデルのせん断速度に対応する前記ダイスウェル比を特定する工程と、特定された前記ダイスウェル比と、前記開口寸法とに基づいて、前記粘弾性流体の断面形状を計算する工程とを含んでもよい。 In the method for predicting the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid according to the present invention, the step of calculating the cross-sectional shape includes specifying the die swell ratio corresponding to the shear rate of the fluid model based on the relationship; calculating a cross-sectional shape of the viscoelastic fluid based on the identified die swell ratio and the aperture dimensions.

本発明に係る前記粘弾性流体の断面形状の予測方法において、前記吐出口を複数の領域に区分する工程をさらに含み、前記断面形状を計算する工程は、前記複数の領域において、膨張変形後の前記粘弾性流体の断面形状をそれぞれ計算する工程を含んでもよい。 The method for predicting the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid according to the present invention further includes dividing the discharge port into a plurality of regions, wherein the step of calculating the cross-sectional shape includes: A step of calculating a cross-sectional shape of each of said viscoelastic fluids may be included.

本発明に係る前記粘弾性流体の断面形状の予測方法において、前記吐出口の輪郭形状は、予め定められた第1方向の長さと、前記第1方向と直交する第2方向の長さとを含み、かつ、前記第2方向の長さが前記第1方向の長さよりも小さく、前記断面形状を計算する工程は、少なくとも前記第2方向に膨張変形した前記粘弾性流体の断面形状を計算する工程を含んでもよい。 In the method for predicting the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid according to the present invention, the contour shape of the discharge port includes a predetermined length in a first direction and a length in a second direction orthogonal to the first direction. and the length in the second direction is smaller than the length in the first direction, and the step of calculating the cross-sectional shape is the step of calculating the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid expanded and deformed at least in the second direction. may include

本発明に係る前記粘弾性流体の断面形状の予測方法において、前記関係を入力する工程は、前記押出流路のキャピラリー長さとキャピラリー直径との比に基づいて、前記ダイスウェル比を測定する工程を含んでもよい。 In the method for predicting the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid according to the present invention, the step of inputting the relationship includes the step of measuring the die swell ratio based on the ratio of the capillary length to the capillary diameter of the extrusion channel. may contain.

本発明に係る前記粘弾性流体の断面形状の予測方法において、前記粘弾性流体は、未加硫ゴムを含んでもよい。 In the method for predicting the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid according to the present invention, the viscoelastic fluid may contain unvulcanized rubber.

本発明の粘弾性流体の断面形状の予測方法は、上記の工程を採用することにより、押出流路の吐出口から吐出された膨張変形後の弾性流体の断面形状を予測することが可能となる。 The method for predicting the cross-sectional shape of a viscoelastic fluid according to the present invention makes it possible to predict the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid after expansion and deformation discharged from the discharge port of the extrusion channel by adopting the above steps. .

本実施形態の粘弾性流体の断面形状の予測方法を実行するためのコンピュータを示す斜視図である。1 is a perspective view showing a computer for executing a method for predicting a cross-sectional shape of a viscoelastic fluid according to this embodiment; FIG. 押出流路を通過する粘弾性流体を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a viscoelastic fluid passing through an extrusion channel; 図2の押出流路の斜視図である。3 is a perspective view of the extrusion channel of FIG. 2; FIG. 本実施形態の粘弾性流体の断面形状の予測方法の処理手順を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a processing procedure of a method for predicting the cross-sectional shape of a viscoelastic fluid according to the present embodiment; 本実施形態の流路モデルを示す概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram showing a channel model of this embodiment; 図5の流路モデルの吐出口の正面図である。FIG. 6 is a front view of a discharge port of the channel model of FIG. 5; 粘弾性流体のダイスウェル比とせん断速度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the die swell ratio of a viscoelastic fluid and the shear rate; 本実施形態の断面計算工程の処理手順を示すフローチャートである。5 is a flow chart showing a processing procedure of a cross section calculation step of the embodiment; 本実施形態の膨張変形後の粘弾性流体の断面形状を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid after expansion deformation|transformation of this embodiment.

以下、本発明の実施形態が図面に基づき説明される。図面は、発明の内容の理解を助けるために、誇張表現や、実際の構造の寸法比とは異なる表現が含まれることが理解されなければならない。また、各実施形態を通して、同一又は共通する要素については同一の符号が付されており、重複する説明が省略される。さらに、実施形態及び図面に表された具体的な構成は、本発明の内容理解のためのものであって、本発明は、図示されている具体的な構成に限定されるものではない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on the drawings. It should be understood that the drawings include exaggerated representations and representations that differ from the dimensional ratios of the actual structures in order to facilitate understanding of the content of the invention. In addition, throughout each embodiment, the same or common elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. Furthermore, the specific configurations shown in the embodiments and drawings are for understanding the content of the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated specific configurations.

本実施形態の粘弾性流体の断面形状の予測方法(以下、単に「予測方法」ということがある。)は、粘弾性流体が押し出される吐出口を有する押出流路を通過して、吐出口から吐出された粘弾性流体の断面形状を予測するための方法である。本実施形態の予測方法では、コンピュータが用いられる。 The method of predicting the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid of the present embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as the “prediction method”) is to pass through an extrusion channel having an ejection port through which the viscoelastic fluid is extruded, A method for predicting the cross-sectional shape of a dispensed viscoelastic fluid. A computer is used in the prediction method of this embodiment.

[コンピュータ]
図1は、本実施形態の粘弾性流体の断面形状の予測方法を実行するためのコンピュータを示す斜視図である。本実施形態のコンピュータ1は、本体1a、キーボード1b、マウス1c及びディスプレイ装置1dを含んでいる。本体1aには、例えば、演算処理装置(CPU)、ROM、作業用メモリ、磁気ディスクなどの記憶装置、及び、ディスクドライブ装置1a1、1a2が設けられている。また、記憶装置には、本実施形態の予測方法を実行するためのソフトウェア等が予め記憶されている。
[Computer]
FIG. 1 is a perspective view showing a computer for executing a method for predicting the cross-sectional shape of a viscoelastic fluid according to this embodiment. A computer 1 of this embodiment includes a main body 1a, a keyboard 1b, a mouse 1c, and a display device 1d. The main body 1a is provided with, for example, an arithmetic processing unit (CPU), a ROM, a working memory, a storage device such as a magnetic disk, and disk drive devices 1a1 and 1a2. In addition, software and the like for executing the prediction method of this embodiment are stored in advance in the storage device.

[粘弾性流体]
図2は、押出流路2を通過する粘弾性流体4を示す断面図である。本実施形態の粘弾性流体4は、未加硫ゴム(十分に練られた架橋前のゴム材料)を含んでいる。粘弾性流体4は、このような未加硫ゴムに限定されるわけではなく、例えば、樹脂材料やエラストマー等の粘弾性を有するものが含まれてもよい。また、本実施形態の粘弾性流体4は、十分に練られて安定的な流動状態(流体)とみなすことができる状態のものが前提とされる。例えば、粘弾性流体4が未加硫のゴム材料の場合、十分に練られて約80~100℃程度まで昇温した状態が、この状態に相当する。
[Viscoelastic fluid]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing viscoelastic fluid 4 passing through extrusion channel 2 . The viscoelastic fluid 4 of the present embodiment contains unvulcanized rubber (fully kneaded rubber material before cross-linking). The viscoelastic fluid 4 is not limited to such unvulcanized rubber, and may include, for example, those having viscoelasticity such as resin materials and elastomers. In addition, the viscoelastic fluid 4 of the present embodiment is assumed to be sufficiently kneaded and in a state that can be regarded as a stable flow state (fluid). For example, if the viscoelastic fluid 4 is an unvulcanized rubber material, this state corresponds to a state in which the fluid is sufficiently kneaded and heated to approximately 80 to 100.degree.

[押出流路]
本実施形態の解析対象の押出流路2は、筒状に形成されており、スクリュー式の押出機3の下流側に接続されている。本実施形態の押出流路2は、枠体2cで区画されている。
[Extrusion channel]
The extrusion flow path 2 to be analyzed in this embodiment is formed in a cylindrical shape and is connected to the downstream side of the screw extruder 3 . The extrusion channel 2 of this embodiment is partitioned by a frame 2c.

本実施形態の枠体2cは、ヘッド17と、ダイ(口金)18とを含んで構成されている。本実施形態のダイ18は、ヘッド17に取り外し可能に固定されているが、例えば、ヘッド17に取り外し不能に固着されるものでもよい。なお、解析対象の押出流路2は、実在するものに限定されるわけではなく、例えば、設計段階のもの(例えば、CADデータのみ存在するもの)であってもよい。 The frame 2c of this embodiment includes a head 17 and a die (base) 18. As shown in FIG. Although the die 18 in this embodiment is removably fixed to the head 17, it may be fixed to the head 17 in a non-removable manner, for example. It should be noted that the extrusion channel 2 to be analyzed is not limited to an existing one, and may be, for example, one in the design stage (for example, one having only CAD data).

押出流路2は、ヘッド17によって区画される第1押出流路2Aと、ダイ(口金)18によって区画される第2押出流路2Bとを含んで構成される。第1押出流路2A(押出流路2)の一端には、押出機3に接続される供給口5が設けられている。この供給口5に、押出機3から粘弾性流体4が供給される。 The extrusion channel 2 includes a first extrusion channel 2A defined by a head 17 and a second extrusion channel 2B defined by a die (or die) 18 . A supply port 5 connected to the extruder 3 is provided at one end of the first extrusion flow path 2A (extrusion flow path 2). A viscoelastic fluid 4 is supplied from the extruder 3 to the supply port 5 .

図3は、図2の押出流路2の斜視図である。本実施形態の供給口5の輪郭形状(開口寸法)5sは、予め定められた第1方向xの長さL1と、第1方向xと直交する第2方向yの長さL2とを含んでいる。これらの長さL1、L2は、略同一(製造誤差等のバラツキ(例えば、長さL1の±5%)を許容)に設定されている。なお、本実施形態の輪郭形状5sは、正面視において円形状に形成されているが、このような態様に限定されない。 3 is a perspective view of the extrusion channel 2 of FIG. 2. FIG. The contour shape (opening dimension) 5s of the supply port 5 of the present embodiment includes a predetermined length L1 in the first direction x and a length L2 in the second direction y orthogonal to the first direction x. there is These lengths L1 and L2 are set to be substantially the same (variation such as manufacturing error (for example, ±5% of length L1) is allowed). In addition, although the contour shape 5s of the present embodiment is formed in a circular shape when viewed from the front, it is not limited to such a form.

本実施形態の第1押出流路2Aの他端には、第2押出流路2Bの一端に接続される第1接続口21が設けられている。本実施形態の第1接続口21の輪郭形状は、後述の吐出口6の輪郭形状(第2接続口22の輪郭形状)と同一に設定されている。 A first connection port 21 connected to one end of the second extrusion flow path 2B is provided at the other end of the first extrusion flow path 2A of the present embodiment. The contour shape of the first connection port 21 of the present embodiment is set to be the same as the contour shape of the discharge port 6 (the contour shape of the second connection port 22), which will be described later.

本実施形態の第2押出流路2Bの一端には、第1接続口21(第1押出流路2Aの他端)に接続される第2接続口22が設けられている。本実施形態の第2接続口22の輪郭形状は、後述の吐出口6の輪郭形状と同一に設定されている。 A second connection port 22 connected to the first connection port 21 (the other end of the first extrusion flow path 2A) is provided at one end of the second extrusion flow path 2B of the present embodiment. The contour shape of the second connection port 22 of the present embodiment is set to be the same as the contour shape of the discharge port 6, which will be described later.

図2に示されるように、第2押出流路2B(押出流路2)の他端には、粘弾性流体4が押し出される吐出口6が設けられている。図3に示されるように、本実施形態の吐出口6の輪郭形状(開口寸法)6sは、予め定められた第1方向xの長さL3と、第1方向xと直交する第2方向yの長さL4とを含んでいる。本実施形態の第2方向yの長さL4は、第1方向xの長さL3よりも小さく設定されている。本実施形態の輪郭形状6sは、正面視において台形状に形成されているが、このような態様に限定されない。 As shown in FIG. 2, a discharge port 6 through which the viscoelastic fluid 4 is extruded is provided at the other end of the second extrusion channel 2B (extrusion channel 2). As shown in FIG. 3, the contour shape (opening dimension) 6s of the ejection port 6 of this embodiment has a predetermined length L3 in the first direction x and a second direction y perpendicular to the first direction x. and the length L4 of . The length L4 in the second direction y in this embodiment is set smaller than the length L3 in the first direction x. The contour shape 6s of the present embodiment is formed in a trapezoidal shape when viewed from the front, but is not limited to such a form.

本実施形態の押出流路2は、第1押出流路2Aにおいて、押出方向zの上流側から下流側に向かって(即ち、供給口5側から第1接続口21側に向かって)、断面積が漸減している。一方、第2押出流路2Bでは、押出方向zの上流側から下流側に向かって(即ち、第2接続口22側から吐出口6側に向かって)、押出流路2の断面積が一定に維持されている。これにより、図2に示されるように、押出流路2を通過する粘弾性流体4は、第1押出流路2Aから大きな圧力を受け、吐出口6から吐出された直後に膨張変形する傾向がある。 The extrusion channel 2 of the present embodiment is cut from the upstream side to the downstream side in the extrusion direction z (that is, from the supply port 5 side toward the first connection port 21 side) in the first extrusion channel 2A. The area is gradually decreasing. On the other hand, in the second extrusion channel 2B, the cross-sectional area of the extrusion channel 2 is constant from the upstream side to the downstream side in the extrusion direction z (that is, from the second connection port 22 side toward the discharge port 6 side). maintained at As a result, as shown in FIG. 2, the viscoelastic fluid 4 passing through the extrusion flow path 2 receives a large pressure from the first extrusion flow path 2A, and tends to expand and deform immediately after being discharged from the discharge port 6. be.

図3に示されるように、本実施形態では、吐出口6(第1接続口21及び第2接続口22)の第1方向xの長さL3と、供給口5の第1方向xの長さL1との比L3/L1に対して、吐出口6の第2方向yの長さL4と、供給口5の第2方向yの長さL2との比L4/L2が小さく設定されている。このため、第1押出流路2Aを通過する粘弾性流体4には、第1方向xの圧力に比べて、第2方向yの圧力が大きく作用し、糸まり状の分子鎖(図示省略)が強く引き伸ばされる。一方、第2押出流路2Bは、断面積が一定に維持されている。このため、第2押出流路2Bを通過する粘弾性流体4では、引き伸ばされた分子鎖を再び糸まり状に戻すことができるものの、吐出口6に至るまでに元の糸まり状に戻すことができない場合がある。このような場合、粘弾性流体4は、吐出口6から吐出された直後において、膨張変形(ダイスウェル)が生じやすい。本実施形態では、第1方向xへの膨張変形(ダイスウェル)に対して、大きな圧力が作用する第2方向yへの膨張変形(ダイスウェル)が大きくなる傾向がある。なお、このような膨張変形の傾向は、第2押出流路2Bの形状によって変化する。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, the length L3 of the discharge port 6 (the first connection port 21 and the second connection port 22) in the first direction x and the length L3 of the supply port 5 in the first direction x The ratio L4/L2 between the length L4 of the discharge port 6 in the second direction y and the length L2 of the supply port 5 in the second direction y is set smaller than the ratio L3/L1 of the length L1. . Therefore, the pressure in the second direction y acts on the viscoelastic fluid 4 passing through the first extrusion flow path 2A to be greater than the pressure in the first direction x, resulting in thread-like molecular chains (not shown). is strongly stretched. On the other hand, the cross-sectional area of the second extrusion channel 2B is kept constant. For this reason, in the viscoelastic fluid 4 passing through the second extrusion flow path 2B, the stretched molecular chains can be returned to the stringy state, but the original stringy state cannot be restored before reaching the discharge port 6. may not be possible. In such a case, the viscoelastic fluid 4 is likely to expand and deform (die swell) immediately after being discharged from the discharge port 6 . In this embodiment, the expansion deformation (die swell) in the first direction x tends to increase in the expansion deformation (die swell) in the second direction y where a large pressure acts. In addition, the tendency of such expansion deformation changes with the shape of the 2nd extrusion flow path 2B.

このように、粘弾性流体4は、吐出口6から吐出された直後に膨張変形する性質(ダイスウェル)を有する。したがって、所望の断面形状16を有する粘弾性流体4を吐出可能な第2押出流路2B(ダイ18)を設計するには、このような性質を考慮することが重要である。 In this way, the viscoelastic fluid 4 has the property of expanding and deforming (die swell) immediately after being discharged from the discharge port 6 . Therefore, it is important to consider such properties when designing the second extrusion flow path 2B (die 18) capable of ejecting the viscoelastic fluid 4 having the desired cross-sectional shape 16. FIG.

[粘弾性流体の断面形状の予測方法]
次に、本実施形態の予測方法が説明される。図4は、本実施形態の粘弾性流体の断面形状の予測方法の処理手順を示すフローチャートである。
[Prediction method of cross-sectional shape of viscoelastic fluid]
Next, the prediction method of this embodiment will be described. FIG. 4 is a flow chart showing the processing procedure of the method for predicting the cross-sectional shape of a viscoelastic fluid according to this embodiment.

[流路モデルを入力]
本実施形態の予測方法では、先ず、押出流路2(図2及び図3に示す)をモデリングして、吐出口を有する流路モデルが、コンピュータに入力される(工程S1)。図5は、本実施形態の流路モデル7を示す概念図である。
[Input channel model]
In the prediction method of this embodiment, first, the extrusion channel 2 (shown in FIGS. 2 and 3) is modeled, and a channel model having a discharge port is input to a computer (step S1). FIG. 5 is a conceptual diagram showing the channel model 7 of this embodiment.

本実施形態の工程S1では、解析対象の押出流路2(図2及び図3に示す)の設計データ(設計因子)に基づいて、押出流路2の三次元空間が、有限個の要素eでモデリング(離散化)される。これにより、流路モデル7が設定される。本実施形態において、押出流路2を区画する枠体2c(図2及び図3に示す)のモデリングが省略されている。 In step S1 of the present embodiment, based on the design data (design factors) of the extrusion flow path 2 to be analyzed (shown in FIGS. 2 and 3), the three-dimensional space of the extrusion flow path 2 has a finite number of elements e is modeled (discretized) with Thus, the channel model 7 is set. In this embodiment, modeling of the frame 2c (shown in FIGS. 2 and 3) that partitions the extrusion channel 2 is omitted.

本実施形態の流路モデル7は、第1押出流路2A(図2及び図3に示す)をモデリングした第1流路モデル7Aと、第2押出流路2Bと(図2及び図3に示す)をモデリングした第2流路モデル7Bとを含んでいる。本実施形態の第1流路モデル7A(流路モデル7)の一端には、押出流路2の供給口5(図2及び図3に示す)をモデリングした供給口8が設けられている。本実施形態の供給口8は、正面視において、押出流路2の供給口5と同一の形状(図3に示す)に設定される。 The flow path model 7 of the present embodiment includes a first flow path model 7A modeling the first extrusion flow path 2A (shown in FIGS. 2 and 3) and a second extrusion flow path 2B (shown in FIGS. 2 and 3). shown) and a second flow path model 7B. A supply port 8 modeling the supply port 5 (shown in FIGS. 2 and 3) of the extrusion channel 2 is provided at one end of the first channel model 7A (channel model 7) of the present embodiment. The supply port 8 of the present embodiment is set to have the same shape (shown in FIG. 3) as the supply port 5 of the extrusion channel 2 when viewed from the front.

一方、本実施形態の第2流路モデル7B(流路モデル7)の他端には、押出流路2の吐出口6(図2及び図3に示す)をモデリングした吐出口9が設けられている。本実施形態の吐出口9は、正面視において、押出流路2の吐出口6と同一の形状(図3に示す)に設定される。 On the other hand, at the other end of the second flow channel model 7B (flow channel model 7) of the present embodiment, a discharge port 9 modeling the discharge port 6 (shown in FIGS. 2 and 3) of the extrusion flow channel 2 is provided. ing. The ejection port 9 of the present embodiment is set to have the same shape (shown in FIG. 3) as the ejection port 6 of the extrusion channel 2 when viewed from the front.

本実施形態では、上述の形状を有する供給口8及び吐出口9により、押出方向zの上流側から下流側に向かって(即ち、供給口8側から吐出口9側に向かって)、流路モデル7の断面積が漸減している。 In the present embodiment, the supply port 8 and the discharge port 9 having the above-described shapes allow the flow path to flow from the upstream side toward the downstream side in the extrusion direction z (that is, from the supply port 8 side toward the discharge port 9 side). The cross-sectional area of model 7 is gradually decreasing.

流路モデル7(第1流路モデル7A及び第2流路モデル7B)は、図5の一部拡大図に示されるように、流体モデル10が流れる空間が、複数個の要素eで分割(離散化)されている。要素分割は、四面体、六面体などの他、多面体セル(ポリヘドラルグリッド)といった三次元要素で行われ、本実施形態では、オイラー要素でモデル化される。各要素eでは、流体モデル10の圧力、温度及び速度等の物理量が計算される。流路モデル7は、コンピュータ1に記憶される。 The flow path model 7 (the first flow path model 7A and the second flow path model 7B) has, as shown in the partially enlarged view of FIG. 5, a space in which the fluid model 10 flows is divided ( discretized). The element division is performed by three-dimensional elements such as polyhedral cells (polyhedral grid) as well as tetrahedrons, hexahedrons, etc., and is modeled by Euler elements in this embodiment. At each element e, physical quantities such as pressure, temperature and velocity of the fluid model 10 are calculated. A channel model 7 is stored in the computer 1 .

[複数の領域に区分]
次に、本実施形態の予測方法では、流路モデル7の吐出口9が、複数の領域に区分される(工程S2)。図6は、図5の流路モデル7の吐出口9の正面図である。
[Dividing into multiple areas]
Next, in the prediction method of the present embodiment, the outlet 9 of the channel model 7 is divided into a plurality of regions (step S2). FIG. 6 is a front view of the outlet 9 of the flow path model 7 of FIG.

本実施形態の複数の領域11は、後述の断面計算工程S8において、膨張変形後の粘弾性流体4の断面形状の計算に用いられる。複数の領域11は、例えば、吐出口9の輪郭形状等に応じて、適宜区分されうる。本実施形態では、吐出口9(吐出口9の輪郭で囲まれる領域)に、第2方向yに沿って延びる複数の区分線12が第1方向xに隔設されることにより、第1方向xに沿って並べられた複数の領域11に区分されている。 The plurality of regions 11 of the present embodiment are used to calculate the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid 4 after expansion and deformation in the cross-section calculation step S8, which will be described later. The plurality of regions 11 can be appropriately divided, for example, according to the contour shape of the ejection port 9 or the like. In the present embodiment, a plurality of division lines 12 extending along the second direction y are spaced apart in the first direction x in the ejection port 9 (the area surrounded by the outline of the ejection port 9). It is divided into a plurality of regions 11 arranged along x.

複数の領域11は、例えば、流路モデル7(図5に示した要素e)の座標値等で特定されうる。本実施形態の工程S2では、コンピュータ1が、複数の領域11を区分してもよいし、オペレータが区分(領域11を入力)してもよい。区分された複数の領域11は、コンピュータ1に記憶される。 The plurality of regions 11 can be specified by, for example, the coordinate values of the channel model 7 (element e shown in FIG. 5). In step S2 of the present embodiment, the computer 1 may divide the plurality of areas 11, or the operator may divide (input the areas 11). A plurality of partitioned areas 11 are stored in the computer 1 .

[流体モデルを入力]
次に、本実施形態の予測方法では、粘弾性流体4(図2に示す)をモデリングした流体モデル10(図5に示す)が、コンピュータ1に入力される(工程S3)。流体モデル10は、押出流路2内を通過する粘弾性流体4を、コンピュータ1での数値計算に取り込むためのものである。流体モデル10は、流路モデル7の要素eに配置される。
[Input fluid model]
Next, in the prediction method of this embodiment, the fluid model 10 (shown in FIG. 5) modeling the viscoelastic fluid 4 (shown in FIG. 2) is input to the computer 1 (step S3). The fluid model 10 is for incorporating the viscoelastic fluid 4 passing through the extrusion channel 2 into numerical calculation by the computer 1 . The fluid model 10 is arranged at the element e of the channel model 7 .

本実施形態の流体モデル10には、粘弾性流体の物性に基づいたせん断粘度、比熱及び熱伝導率が定義される。せん断粘度、比熱及び熱伝導率の詳細は、例えば、特許文献(特許第5498523号公報)に記載のとおりである。流体モデル10は、コンピュータ1に記憶される。 In the fluid model 10 of this embodiment, the shear viscosity, specific heat and thermal conductivity are defined based on the physical properties of the viscoelastic fluid. Details of shear viscosity, specific heat and thermal conductivity are as described in, for example, the patent document (Japanese Patent No. 5498523). A fluid model 10 is stored in the computer 1 .

[境界条件を入力]
次に、本実施形態の予測方法では、流体モデル10の流動を計算するための境界条件が、コンピュータ1に入力される(工程S4)。本実施形態の境界条件としては、流路モデル7の供給口8にそれぞれ供給される流体モデル10の流速V、温度、及び、流路モデル7の吐出口9の圧力(=0)が与えられる。流体モデル10の流速や温度には、例えば、解析対象となる押出流路2で適宜実測を行い、その値を参考に設定することができる。また、本実施形態の流路モデル7の壁面7wには、一定の温度が設定される。
[Enter boundary conditions]
Next, in the prediction method of this embodiment, boundary conditions for calculating the flow of the fluid model 10 are input to the computer 1 (step S4). As the boundary conditions of this embodiment, the flow velocity V and temperature of the fluid model 10 supplied to the supply port 8 of the flow channel model 7, and the pressure (=0) of the discharge port 9 of the flow channel model 7 are given. . For the flow velocity and temperature of the fluid model 10, for example, it is possible to appropriately perform actual measurements in the extrusion flow path 2 to be analyzed, and set the values with reference to these values. Further, a constant temperature is set for the wall surface 7w of the flow channel model 7 of the present embodiment.

流路モデル7の壁面7wには、流速境界条件が設定される。流速境界条件は、特許文献(特許第5498523号公報)と同様に、壁面ノースリップ条件、又は、壁面スリップ条件が設定可能であり、シミュレーションの用途や求められる計算精度等に応じて、いずれかが採用される。本実施形態では、壁面スリップ条件が設定される。これにより、流体モデル10と壁面7wとの摩擦に伴って、流体モデル10が壁面7wに拘束され、流体モデル10が過度に発熱するのを防ぐことができる。したがって、流体モデル10の温度分布及び速度分布等が、実際の粘弾性流体4の温度分布及び速度分布等から乖離するのを防ぐことができる。 A flow velocity boundary condition is set on the wall surface 7w of the channel model 7 . As with the patent document (Japanese Patent No. 5498523), the wall surface no-slip condition or the wall-slip condition can be set as the flow velocity boundary condition. Adopted. In this embodiment, wall slip conditions are set. As a result, the fluid model 10 is restrained by the wall surface 7w due to the friction between the fluid model 10 and the wall surface 7w, and the fluid model 10 can be prevented from generating excessive heat. Therefore, it is possible to prevent the temperature distribution, velocity distribution, etc. of the fluid model 10 from deviating from the actual temperature distribution, velocity distribution, etc. of the viscoelastic fluid 4 .

他の境界条件としては、流動計算(シミュレーション)の単位時間(タイムステップ)、内部処理でのイタレーションの反復回数、及び、計算終了時刻などがある。これらの条件は、シミュレーションの目的等に応じて任意に定められる。これらの境界条件は、コンピュータ1に記憶される。 Other boundary conditions include the unit time (time step) of flow calculation (simulation), the number of iterations in internal processing, and the calculation end time. These conditions are arbitrarily determined according to the purpose of the simulation. These boundary conditions are stored in computer 1 .

[ダイスウェル比とせん断速度との関係を入力]
次に、本実施形態の予測方法では、粘弾性流体4のダイスウェル比とせん断速度との関係が、コンピュータ1に入力される(工程S5)。図7は、粘弾性流体4のダイスウェル比とせん断速度との関係を示すグラフである。
[Enter the relationship between die swell ratio and shear rate]
Next, in the prediction method of this embodiment, the relationship between the die swell ratio of the viscoelastic fluid 4 and the shear rate is input to the computer 1 (step S5). FIG. 7 is a graph showing the relationship between the die swell ratio of the viscoelastic fluid 4 and the shear rate.

ダイスウェル比は、図2に示されるように、吐出口6の開口寸法(例えば、D5)と、吐出口6から吐出された膨張変形後の粘弾性流体4の断面寸法(例えば、D6)との比(例えば、D6/D5)である。図7では、せん断速度が大きくなるほど、ダイスウェル比が大きくなっている。したがって、ダイスウェル比は、せん断速度依存性を有している。 As shown in FIG. 2, the die swell ratio is the ratio between the opening dimension (for example, D5) of the ejection port 6 and the cross-sectional dimension (for example, D6) of the viscoelastic fluid 4 after expansion and deformation ejected from the ejection port 6. is the ratio (eg, D6/D5). In FIG. 7, the higher the shear rate, the higher the die swell ratio. Therefore, the die swell ratio has shear rate dependence.

粘弾性流体4のダイスウェル比とせん断速度との関係は、適宜取得されうる。本実施形態では、複数のせん断速度において、ダイスウェル比がそれぞれ測定されることにより、上記の関係が取得される。なお、ダイスウェル比は、JIS-K7199の規定に準拠して、キャピラリーレオメータ(例えば、ゴットフェルト社製のRG-50)を用いて測定されうる。なお、ダイスウェル比の測定に用いられる粘弾性流体4の温度は、例えば、実際の押出流路2を通過中の粘弾性流体4の温度に基づいて、適宜設定(例えば、100℃)に設定されるのが望ましい。 The relationship between the die swell ratio of the viscoelastic fluid 4 and the shear rate can be obtained as appropriate. In this embodiment, the above relationship is obtained by measuring the die swell ratio at a plurality of shear rates. The die swell ratio can be measured using a capillary rheometer (for example, RG-50 manufactured by Gottfeld) in accordance with JIS-K7199. The temperature of the viscoelastic fluid 4 used for measuring the die swell ratio is appropriately set (eg, 100° C.) based on the temperature of the viscoelastic fluid 4 that is actually passing through the extrusion channel 2. It is desirable to be

なお、ダイスウェル比の測定には、上述のキャピラリーレオメータに、キャピラリー長さL及びキャピラリー直径Dを設定する必要がある。例えば、キャピラリー長さLとキャピラリー直径Dとの比L/Dが、図2に示した押出流路2(第2押出流路2B)の比(L5/D5)よりも小さく設定されると、押出流路2(第2押出流路2B)でのダイスウェル比よりも大きなダイスウェル比が測定される傾向がある。このため、工程S5は、押出流路2(第2押出流路2B)のキャピラリー長さL5と、キャピラリー直径D5との比L5/D5に基づいて、ダイスウェル比が測定されるのが望ましい。これにより、工程S5では、実際の押出流路2の吐出口6から吐出された粘弾性流体4のダイスウェル比と同等のダイスウェル比を、実験的に取得することができる。 It should be noted that the measurement of the die swell ratio requires setting the capillary length L and the capillary diameter D in the above-described capillary rheometer. For example, when the ratio L/D between the capillary length L and the capillary diameter D is set smaller than the ratio (L5/D5) of the extrusion channel 2 (second extrusion channel 2B) shown in FIG. There is a tendency to measure a die swell ratio that is greater than the die swell ratio in extrusion channel 2 (second extrusion channel 2B). Therefore, in step S5, the die swell ratio is preferably measured based on the ratio L5/D5 between the capillary length L5 of the extrusion channel 2 (second extrusion channel 2B) and the capillary diameter D5. As a result, in step S5, a die swell ratio equivalent to the die swell ratio of the viscoelastic fluid 4 actually discharged from the discharge port 6 of the extrusion channel 2 can be experimentally obtained.

図2に示されるように、本実施形態において、キャピラリー長さL5は、押出流路2での粘弾性流体4の押出方向zにおいて、第2押出流路2B(第2接続口22から吐出口6まで)の長さとして特定される。また、図2及び図3に示されるように、キャピラリー直径D5は、吐出口6の輪郭形状6sについて、第2方向yの長さL4として特定される。 As shown in FIG. 2, in this embodiment, the capillary length L5 is the second extrusion channel 2B (from the second connection port 22 to the discharge port) in the extrusion direction z of the viscoelastic fluid 4 in the extrusion channel 2. 6). Also, as shown in FIGS. 2 and 3, the capillary diameter D5 is specified as the length L4 in the second direction y for the contour shape 6s of the discharge port 6. As shown in FIG.

本実施形態の工程S5では、図7に示されるように、各せん断速度において、それぞれ測定されたダイスウェル比がプロットされる。これにより、粘弾性流体4のダイスウェル比とせん断速度との関係が取得される。なお、工程S5では、せん断速度に対応するダイスウェル比を一意に特定するために、ダイスウェル比とせん断速度との関係の近似式が求められてもよい。ダイスウェル比とせん断速度との関係は、コンピュータ1に記憶される。 In step S5 of the present embodiment, the measured die swell ratio is plotted at each shear rate, as shown in FIG. Thereby, the relationship between the die swell ratio of the viscoelastic fluid 4 and the shear rate is obtained. In step S5, an approximate expression of the relationship between the die swell ratio and the shear rate may be obtained in order to uniquely identify the die swell ratio corresponding to the shear rate. The relationship between die swell ratio and shear rate is stored in computer 1 .

[流体モデルの流動を計算]
次に、図5に示されるように、本実施形態の予測方法では、コンピュータ1が、流体モデル10を流路モデル7に配置して、流路モデル7の吐出口9に向かって流体モデル10を流動させる(工程S6)。本実施形態の工程S6では、上述の境界条件に基づいて、流路モデル7の供給口8から吐出口9まで、流体モデル10を流動させる流動計算が、シミュレーションの単位時間Tx毎に実施される。
[Calculate flow of fluid model]
Next, as shown in FIG. 5, in the prediction method of the present embodiment, the computer 1 arranges the fluid model 10 in the flow path model 7 and moves the fluid model 10 toward the discharge port 9 of the flow path model 7. is allowed to flow (step S6). In step S6 of the present embodiment, a flow calculation for flowing the fluid model 10 from the supply port 8 to the discharge port 9 of the channel model 7 based on the boundary conditions described above is performed for each simulation unit time Tx. .

本実施形態の流動計算には、自由界面の流れの計算で用いられるVOF(Volume of Fluid)法が用いられる。VOF法では、せん断粘度等が異なる2つの流体(粘弾性流体4及び気体(空気))の界面の移動を直接計算するのではなく、各要素eの体積中の流体モデル10の充填率(即ち、体積分率)を定義して、自由界面を平均化して表現される。 The VOF (Volume of Fluid) method used in the calculation of the flow on the free surface is used for the flow calculation of this embodiment. In the VOF method, instead of directly calculating the movement of the interface between two fluids (viscoelastic fluid 4 and gas (air)) with different shear viscosities, the filling rate of the fluid model 10 in the volume of each element e (i.e. , volume fraction) and expressed by averaging the free interface.

本実施形態の工程S6では、流体モデル10の流れが安定状態になるまで(即ち、集束するまで)計算が行われる。流動計算は、例えば、特許文献(特許第5498523号公報)と同様の処理手順で行われうる。これにより、流体モデル10の安定状態を求めることができる。流動計算には、例えば、市販の流体解析ソフトウェア(例えば、ANSYS社のFLUNETやCFXなど)が用いられうる。 In step S6 of the present embodiment, calculations are performed until the flow of the fluid model 10 reaches a stable state (that is, until it converges). The flow calculation can be performed, for example, by a procedure similar to that of the patent document (Japanese Patent No. 5498523). Thereby, the stable state of the fluid model 10 can be obtained. For flow calculation, for example, commercially available fluid analysis software (eg, ANSYS FLUNET, CFX, etc.) can be used.

本実施形態では、流路モデル7の壁面7wに、壁面スリップ条件が設定されているため、流体モデル10と壁面7wとの摩擦に伴って、流体モデル10が過度に発熱するのを防ぐことができる。これにより、工程S6では、流体モデル10の温度分布及び速度分布等が、実際の粘弾性流体4の温度分布及び速度分布等から乖離するのを防ぐことができる。したがって、工程S6では、流体モデル10の流動計算において、実際の押出流路2を通過する粘弾性流体4(図2に示す)の挙動を再現することができる。 In this embodiment, since the wall surface slip condition is set for the wall surface 7w of the flow path model 7, it is possible to prevent the fluid model 10 from generating excessive heat due to the friction between the fluid model 10 and the wall surface 7w. can. As a result, in step S6, it is possible to prevent the temperature distribution, velocity distribution, etc. of the fluid model 10 from deviating from the actual temperature distribution, velocity distribution, etc. of the viscoelastic fluid 4 . Therefore, in step S6, in the flow calculation of the fluid model 10, the behavior of the viscoelastic fluid 4 (shown in FIG. 2) passing through the actual extrusion channel 2 can be reproduced.

[せん断速度を計算]
次に、本実施形態の予測方法では、コンピュータ1が、流動している流体モデル10の吐出口9でのせん断速度を計算する(工程S7)。本実施形態の工程S7では、安定状態で流動している流体モデル10において、吐出口9でのせん断速度が計算される。
[Calculate shear rate]
Next, in the prediction method of this embodiment, the computer 1 calculates the shear rate at the outlet 9 of the fluid model 10 in motion (step S7). In step S7 of the present embodiment, the shear rate at the outlet 9 is calculated in the fluid model 10 flowing in a stable state.

本実施形態の工程S7では、吐出口9を構成する各要素e(図5に示す)において、流体モデル10のせん断速度がそれぞれ計算される。せん断速度は、例えば、上記の流体解析ソフトウェアによって容易に計算されうる。工程S7では、任意の単位時間Txのせん断速度が計算されてもよいし、複数の単位時間Txでそれぞれ計算された複数のせん断速度の平均値が計算されてもよい。 In step S7 of the present embodiment, the shear rate of the fluid model 10 is calculated for each element e (shown in FIG. 5) that constitutes the ejection port 9. FIG. Shear rates can be readily calculated by, for example, the fluid analysis software described above. In step S7, a shear rate for an arbitrary unit time Tx may be calculated, or an average value of multiple shear rates calculated for a plurality of unit times Tx may be calculated.

本実施形態の予測方法では、図2に示した実際の押出流路2(押出機3)を用いなくても、流体モデル10の流動により、実際の粘弾性流体4の吐出口6でのせん断速度を、コンピュータ1を用いて擬似的に計算することができる。せん断速度は、コンピュータ1に記憶される。 In the prediction method of this embodiment, even without using the actual extrusion flow path 2 (extruder 3) shown in FIG. Velocity can be simulated using computer 1 . The shear rate is stored in computer 1 .

[粘弾性流体の断面形状を計算(断面計算工程)]
次に、本実施形態の予測方法では、コンピュータ1が、図2に示した吐出口6から吐出された膨張変形後の粘弾性流体4の断面形状を計算する(断面計算工程S8)。断面計算工程S8では、粘弾性流体のダイスウェル比とせん断速度との関係(図7に示す)と、流体モデル10のせん断速度と、吐出口9(図6に示す)の開口寸法とに基づいて、粘弾性流体4の断面形状が計算される。図8は、本実施形態の断面計算工程S8の処理手順を示すフローチャートである。
[Calculate cross-sectional shape of viscoelastic fluid (cross-sectional calculation process)]
Next, in the prediction method of the present embodiment, the computer 1 calculates the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid 4 after expansion and deformation discharged from the discharge port 6 shown in FIG. 2 (cross-section calculation step S8). In the cross section calculation step S8, based on the relationship between the die swell ratio of the viscoelastic fluid and the shear rate (shown in FIG. 7), the shear rate of the fluid model 10, and the opening size of the discharge port 9 (shown in FIG. 6) , the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid 4 is calculated. FIG. 8 is a flow chart showing the processing procedure of the section calculation step S8 of this embodiment.

本実施形態の断面計算工程S8では、先ず、粘弾性流体のダイスウェル比とせん断速度との関係(図7に示す)に基づいて、流体モデル10のせん断速度に対応するダイスウェル比が特定される(工程S81)。本実施形態の工程S81では、図6に示した複数の領域11において、せん断速度に対応するダイスウェル比がそれぞれ特定される。 In the cross section calculation step S8 of the present embodiment, first, the die swell ratio corresponding to the shear rate of the fluid model 10 is specified based on the relationship between the die swell ratio of the viscoelastic fluid and the shear rate (shown in FIG. 7). (step S81). In step S81 of the present embodiment, the die swell ratio corresponding to the shear rate is specified in each of the plurality of regions 11 shown in FIG.

本実施形態の工程S81では、先ず、複数の領域11のせん断速度がそれぞれ特定される。本実施形態では、各領域11を構成する要素e(図5に示す)で計算されたせん断速度に基づいて、各領域11のせん断速度が特定される。各領域11のせん断速度の特定は、各領域11を構成する要素eが複数存在する場合、それらの要素eのせん断速度の平均値が特定されてもよいし、最大値が特定されてもよいし、最小値が特定されてもよい。本実施形態では、各領域11を構成する複数の要素eのせん断速度の平均値が、各領域11のせん断速度としてそれぞれ特定される。 In step S81 of the present embodiment, first, the shear rates of the plurality of regions 11 are respectively specified. In this embodiment, the shear rate of each region 11 is specified based on the shear rate calculated by the element e (shown in FIG. 5) that configures each region 11 . For specifying the shear rate of each region 11, when there are a plurality of elements e constituting each region 11, the average value of the shear rates of those elements e may be specified, or the maximum value may be specified. and a minimum value may be specified. In the present embodiment, the average value of shear velocities of a plurality of elements e forming each region 11 is specified as the shear velocity of each region 11 .

次に、本実施形態の工程S81では、各領域11のせん断速度に対応するダイスウェル比が特定される。本実施形態では、粘弾性流体のダイスウェル比とせん断速度との関係(図7に示す)に基づいて、各領域11のせん断速度に対応するダイスウェル比がそれぞれ特定される。各領域11のダイスウェル比は、コンピュータ1に記憶される。 Next, in step S81 of the present embodiment, the die swell ratio corresponding to the shear rate of each region 11 is specified. In this embodiment, the die swell ratio corresponding to the shear rate of each region 11 is specified based on the relationship between the die swell ratio of the viscoelastic fluid and the shear rate (shown in FIG. 7). The die swell ratio for each region 11 is stored in computer 1 .

次に、本実施形態の断面計算工程S8では、特定されたダイスウェル比と、開口寸法とに基づいて、粘弾性流体の断面形状が計算される(工程S82)。本実施形態の工程S82では、複数の領域11において、膨張変形後の粘弾性流体4の断面形状がそれぞれ計算される。図9は、本実施形態の膨張変形後の粘弾性流体4の断面形状16を示す図である。 Next, in the cross-sectional calculation step S8 of the present embodiment, the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid is calculated based on the identified die swell ratio and opening dimensions (step S82). In step S82 of the present embodiment, the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid 4 after expansion and deformation is calculated in each of the plurality of regions 11 . FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional shape 16 of the viscoelastic fluid 4 after being expanded and deformed in this embodiment.

上述したように、本実施形態の押出流路2は、図2及び図3に示した吐出口6から吐出された直後に、第1方向xへの膨張変形(ダイスウェル)に対して、第2方向yへの膨張変形(ダイスウェル)が大きくなる傾向がある。このため、工程S82では、少なくとも第2方向yに膨張変形した粘弾性流体4の断面形状が計算されるのが望ましい。 As described above, the extrusion channel 2 of the present embodiment is subjected to expansion deformation (die swell) in the first direction x immediately after being discharged from the discharge port 6 shown in FIGS. Expansion deformation (die swell) in two directions y tends to increase. Therefore, in step S82, it is desirable to calculate the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid 4 that has expanded and deformed at least in the second direction y.

本実施形態の工程S82では、各領域11で特定されたダイスウェル比で、各領域11を第2方向yに拡大した形状(断面形状15)がそれぞれ特定される。本実施形態では、各領域11の第2方向yの中央部13から第2方向yの両側に向かって、各領域11の第2方向yの長さL4にダイスウェル比が乗じられた大きさに拡大される。これらの拡大した形状により、各領域11において、膨張変形後の粘弾性流体4の断面形状15がそれぞれ計算される。 In step S82 of the present embodiment, the shape (cross-sectional shape 15) obtained by enlarging each region 11 in the second direction y at the die swell ratio specified for each region 11 is specified. In the present embodiment, the length L4 of each region 11 in the second direction y is multiplied by the die swell ratio from the central portion 13 in the second direction y of each region 11 toward both sides in the second direction y. is expanded to From these expanded shapes, the cross-sectional shape 15 of the viscoelastic fluid 4 after expansion and deformation is calculated in each region 11 .

本実施形態の工程S82では、吐出口9での各領域11の配置に基づいて、各領域11の断面形状15が第1方向xに並べられることにより、膨張変形後の粘弾性流体4の断面形状16がそれぞれ計算される。 In the step S82 of the present embodiment, the cross-sectional shape 15 of each region 11 is arranged in the first direction x based on the arrangement of each region 11 in the ejection port 9, so that the cross-section of the viscoelastic fluid 4 after expansion and deformation is Each shape 16 is calculated.

本実施形態の予測方法では、図2に示した押出流路2の吐出口6から吐出された直後に膨張変形する性質(ダイスウェル)を考慮した粘弾性流体の断面形状16を予測することができる。さらに、本実施形態の予測方法では、特許文献1の構造解析を必要とすることなく、ダイスウェル比とせん断速度との関係(図7に示す)と、流体モデル10のせん断速度と、吐出口6の開口寸法とに基づく簡単な計算で、断面形状16を予測することができる。したがって、本実施形態の予測方法では、断面形状16を短時間で予測することができる。 In the prediction method of the present embodiment, it is possible to predict the cross-sectional shape 16 of the viscoelastic fluid in consideration of the property of expansion and deformation (die swell) immediately after being discharged from the discharge port 6 of the extrusion flow path 2 shown in FIG. can. Furthermore, in the prediction method of the present embodiment, the relationship between the die swell ratio and the shear rate (shown in FIG. 7), the shear rate of the fluid model 10, and the discharge port do not require the structural analysis of Patent Document 1. A simple calculation based on the opening dimensions of 6 can predict the cross-sectional shape 16 . Therefore, the prediction method of the present embodiment can predict the cross-sectional shape 16 in a short time.

本実施形態の予測方法では、粘弾性流体4の断面形状を計算に、実際の粘弾性流体4のダイスウェル比とせん断速度との関係(図7に示す)が用いられている。このため、本実施形態の予測方法では、実際の膨張変形に近似した粘弾性流体4の断面形状16を計算することができる。 In the prediction method of this embodiment, the relationship between the actual die swell ratio of the viscoelastic fluid 4 and the shear rate (shown in FIG. 7) is used to calculate the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid 4 . Therefore, the prediction method of the present embodiment can calculate the cross-sectional shape 16 of the viscoelastic fluid 4 that approximates the actual expansion deformation.

図6及び図9に示されるように、本実施形態の予測方法では、流路モデル7の吐出口9を区分した複数の領域11において、流体モデル10のせん断速度、及び、そのせん断速度に対応するダイスウェル比がそれぞれ特定されている。これにより、本実施形態の予測方法では、図2及び図3に示した吐出口6において一様でない粘弾性流体4の膨張変形を考慮することができるため、実際の膨張変形により近似した粘弾性流体4の断面形状16を計算することができる。なお、領域11の個数は、吐出口6の開口寸法や、求められる予測精度に応じて適宜設定することができ、例えば、50~150個に設定されうる。 As shown in FIGS. 6 and 9, in the prediction method of the present embodiment, the shear velocity of the fluid model 10 and the Each die swell ratio is specified. As a result, the prediction method of the present embodiment can consider the uneven expansion deformation of the viscoelastic fluid 4 at the discharge port 6 shown in FIGS. A cross-sectional shape 16 of the fluid 4 can be calculated. The number of regions 11 can be appropriately set according to the opening size of the ejection port 6 and the required prediction accuracy, and can be set to 50 to 150, for example.

[断面形状の評価]
次に、図4に示されるように、本実施形態の予測方法では、予測された粘弾性流体4の断面形状16(図9に示す)が、良好か否かが判断される(工程S9)。断面形状16が良好か否かは、コンピュータ1が判断してもよいし、オペレータが判断してもよい。
[Evaluation of cross-sectional shape]
Next, as shown in FIG. 4, in the prediction method of the present embodiment, it is determined whether or not the predicted cross-sectional shape 16 (shown in FIG. 9) of the viscoelastic fluid 4 is satisfactory (step S9). . Whether or not the cross-sectional shape 16 is satisfactory may be determined by the computer 1 or by an operator.

粘弾性流体4の断面形状16が良好か否かは、例えば、粘弾性流体4が用いられるゴム製品の設計精度等に基づいて、適宜判断することができる。本実施形態では、各領域11のダイスウェル比(及び/又は、膨張変形後の寸法等)が、予め定められた閾値以下である場合に、粘弾性流体4の断面形状16が良好と判断される。なお、閾値は、領域11毎に異なる値が設定されてもよい。 Whether or not the cross-sectional shape 16 of the viscoelastic fluid 4 is satisfactory can be appropriately determined, for example, based on the design accuracy of the rubber product in which the viscoelastic fluid 4 is used. In this embodiment, the cross-sectional shape 16 of the viscoelastic fluid 4 is judged to be good when the die swell ratio (and/or the dimensions after expansion and deformation) of each region 11 is equal to or less than a predetermined threshold value. be. Note that the threshold may be set to a different value for each region 11 .

工程S9において、粘弾性流体4の断面形状16が良好であると判断された場合(工程S9で、「Yes」)、図2に示した押出流路2(押出機3)が製造される(工程S10)。これにより、所望の断面形状16を有する粘弾性流体4を吐出することができるため、所望の性能を発揮可能なゴム製品等の製造が可能となる。 In step S9, if it is determined that the cross-sectional shape 16 of the viscoelastic fluid 4 is good ("Yes" in step S9), the extrusion flow path 2 (extruder 3) shown in FIG. 2 is manufactured ( step S10). As a result, the viscoelastic fluid 4 having the desired cross-sectional shape 16 can be discharged, so that it is possible to manufacture rubber products and the like capable of exhibiting desired performance.

一方、工程S9において、粘弾性流体4の断面形状16が良好でないと判断された場合(工程S9で、「No」)、押出流路2(本例では、第2押出流路2B(ダイ18))の設計因子が変更され(工程S11)、工程S1~工程S9が再度実施される。 On the other hand, in step S9, when it is determined that the cross-sectional shape 16 of the viscoelastic fluid 4 is not good ("No" in step S9), the extrusion flow path 2 (in this example, the second extrusion flow path 2B (the die 18 )) is changed (step S11), and steps S1 to S9 are performed again.

本実施形態の予測方法では、粘弾性流体4の断面形状16が良好となるまで、押出流路2の設計因子が変形されるため、断面形状16が良好な粘弾性流体4を押し出し可能な押出流路2を確実に設計及び製造することができる。これにより、本実施形態の予測方法は、押出流路2の試作及び実験に要する時間やコストを削減できるため、押出流路2(押出機3)、及び、粘弾性流体4を用いたゴム製品等の開発期間を短縮することが可能となる。 In the prediction method of the present embodiment, the design factor of the extrusion channel 2 is deformed until the cross-sectional shape 16 of the viscoelastic fluid 4 is improved. The flow path 2 can be reliably designed and manufactured. As a result, the prediction method of the present embodiment can reduce the time and cost required for prototyping and testing the extrusion flow path 2, so that the extrusion flow path 2 (extruder 3) and the rubber product using the viscoelastic fluid 4 It is possible to shorten the development period such as.

これまでの実施形態では、第2方向yに膨張変形した粘弾性流体の断面形状16(図9に示す)が計算されたが、このような態様に限定されない。例えば、図3に示した吐出口6の輪郭形状や押出流路2の形状に基づいて、第1方向xに膨張変形した断面形状が計算されてもよいし、第1方向x及び第2方向yの双方に膨張変形した断面形状が計算されてもよい。 In the previous embodiments, the cross-sectional shape 16 (shown in FIG. 9) of the viscoelastic fluid expanded and deformed in the second direction y was calculated, but the present invention is not limited to such a mode. For example, the cross-sectional shape expanded and deformed in the first direction x may be calculated based on the contour shape of the discharge port 6 and the shape of the extrusion flow path 2 shown in FIG. A cross-sectional shape expanded and deformed in both y may be calculated.

図6に示されるように、これまでの実施形態では、流路モデル7の吐出口9が、第1方向xに沿って並べられた複数の領域11に区分されたが、このような態様に限定されない。例えば、吐出口6(吐出口9)の形状や、膨張変形(ダイスウェル)が大きくなる傾向がある方向を考慮して、第2方向yに並べられた複数の領域11に区分されてもよいし、第1方向x及び第2方向yの双方に並べられた複数の領域11に区分されてもよい。 As shown in FIG. 6, in the previous embodiments, the discharge port 9 of the flow channel model 7 was divided into a plurality of regions 11 arranged along the first direction x. Not limited. For example, considering the shape of the discharge port 6 (discharge port 9) and the direction in which expansion deformation (die swell) tends to increase, it may be divided into a plurality of regions 11 arranged in the second direction y. However, it may be divided into a plurality of regions 11 arranged in both the first direction x and the second direction y.

以上、本発明の特に好ましい実施形態について詳述したが、本発明は図示の実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施しうる。 Although the particularly preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the illustrated embodiments and can be modified in various ways.

図4及び図8に示した処理手順に従って、押出流路の吐出口から吐出された粘弾性流体の断面形状が予測された(実施例1及び実施例2)。 According to the processing procedures shown in FIGS. 4 and 8, the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid discharged from the discharge port of the extrusion channel was predicted (Example 1 and Example 2).

実施例1では、押出流路のキャピラリー長さ及びキャピラリー直径の比を考慮せずに、粘弾性流体のダイスウェル比が測定された。一方、実施例2では、押出流路のキャピラリー長さ及びキャピラリー直径の比に基づいて、粘弾性流体のダイスウェル比が測定された。 In Example 1, the die swell ratio of the viscoelastic fluid was measured without considering the ratio of the capillary length and diameter of the extrusion channel. On the other hand, in Example 2, the die swell ratio of the viscoelastic fluid was measured based on the ratio of the capillary length and diameter of the extrusion channel.

実施例1及び実施例2では、粘弾性流体のダイスウェル比とせん断速度との関係と、流体モデルのせん断速度と、吐出口の開口寸法とに基づいて、吐出口から吐出された膨張変形後の粘弾性流体の断面形状が計算された。 In Examples 1 and 2, the relationship between the die swell ratio of the viscoelastic fluid and the shear rate, the shear rate of the fluid model, and the opening size of the ejection port were used to determine the expansion deformation after being ejected from the ejection port. , the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid was calculated.

また、実施例1及び実施例2の効果を比較するために、押出流路(押出機)を製造し、押出流路の吐出口から粘弾性流体を吐出して、膨張変形後の粘弾性流体の断面形状が測定された(実験例)。そして、実施例1及び実施例2で予測された断面形状と、実験例で測定された断面形状とが比較された。共通仕様は、次のとおりである。
粘弾性流体:天然ゴム(カーボンブラック配合)
ダイスウェル比の測定温度:100℃
領域の個数:100個
In addition, in order to compare the effects of Examples 1 and 2, an extrusion channel (extruder) was manufactured, a viscoelastic fluid was discharged from the outlet of the extrusion channel, and the viscoelastic fluid after expansion and deformation was was measured (experimental example). Then, the cross-sectional shapes predicted in Examples 1 and 2 and the cross-sectional shapes measured in the experimental example were compared. Common specifications are as follows.
Viscoelastic fluid: natural rubber (carbon black compounded)
Die swell ratio measurement temperature: 100°C
Number of regions: 100

テストの結果、実験例の断面形状は、吐出口の第1方向の両端部において、相対的に大きく膨張変形した。一方、実施例1及び実施例2では、実験例と同様の膨張変形が予測された。したがって、実施例1及び実施例2では、膨張変形後の粘弾性流体の断面形状を予測することができた。 As a result of the test, the cross-sectional shape of the experimental example expanded and deformed relatively greatly at both ends of the ejection port in the first direction. On the other hand, in Examples 1 and 2, expansion deformation similar to that of the experimental example was predicted. Therefore, in Examples 1 and 2, the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid after expansion and deformation could be predicted.

さらに、実施例2は、押出流路のキャピラリー長さ及びキャピラリー直径の比を考慮して、ダイスウェル比が測定されたため、それらを考慮しない実施例1に比べて、実験例に近似した断面形状を予測することができた。 Furthermore, in Example 2, the die swell ratio was measured considering the ratio of the capillary length and the capillary diameter of the extrusion channel, so compared to Example 1 in which they were not taken into account, the cross-sectional shape was similar to that of the experimental example. could be predicted.

S6 流体モデルを流動させる工程
S7 せん断速度を計算する工程
S8 膨張変形後の粘弾性流体の断面形状を計算する工程
S6 Step of flowing the fluid model S7 Step of calculating the shear rate S8 Step of calculating the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid after expansion and deformation

Claims (6)

粘弾性流体が押し出される吐出口を有する押出流路を通過して、前記吐出口から吐出された前記粘弾性流体の断面形状を予測するための方法であって、
前記押出流路をモデリングして、前記吐出口を有する流路モデルを、コンピュータに入力する工程と、
前記粘弾性流体をモデリングした流体モデルを、前記コンピュータに入力する工程と、
前記粘弾性流体のダイスウェル比とせん断速度との関係を、前記コンピュータに入力する工程とを含み、
前記コンピュータが、
前記流体モデルを前記流路モデルに配置して、前記流路モデルの前記吐出口に向かって前記流体モデルを流動させる工程と、
流動している前記流体モデルの前記吐出口でのせん断速度を計算する工程と、
前記関係と、前記流体モデルの前記せん断速度と、前記吐出口の開口寸法とに基づいて、前記吐出口から吐出された膨張変形後の前記粘弾性流体の断面形状を計算する工程とを含む、
粘弾性流体の断面形状の予測方法。
A method for predicting a cross-sectional shape of a viscoelastic fluid that passes through an extrusion channel having an ejection port through which the viscoelastic fluid is extruded and is ejected from the ejection port, comprising:
a step of modeling the extrusion channel and inputting the channel model having the discharge port into a computer;
inputting a fluid model modeling the viscoelastic fluid into the computer;
inputting into the computer the relationship between the die swell ratio and the shear rate of the viscoelastic fluid;
the computer
arranging the fluid model in the flow path model and causing the fluid model to flow toward the outlet of the flow path model;
calculating a shear rate at the outlet of the flowing fluid model;
calculating a cross-sectional shape of the viscoelastic fluid after expansion and deformation discharged from the discharge port based on the relationship, the shear rate of the fluid model, and the opening size of the discharge port;
A method for predicting the cross-sectional shape of a viscoelastic fluid.
前記断面形状を計算する工程は、前記関係に基づいて、前記流体モデルのせん断速度に対応する前記ダイスウェル比を特定する工程と、
特定された前記ダイスウェル比と、前記開口寸法とに基づいて、前記粘弾性流体の断面形状を計算する工程とを含む、請求項1に記載の粘弾性流体の断面形状の予測方法。
calculating the cross-sectional shape includes determining the die swell ratio corresponding to the shear rate of the fluid model based on the relationship;
2. A method of predicting a cross-sectional shape of a viscoelastic fluid according to claim 1, comprising calculating a cross-sectional shape of the viscoelastic fluid based on the determined die swell ratio and the aperture size.
前記吐出口を複数の領域に区分する工程をさらに含み、
前記断面形状を計算する工程は、前記複数の領域において、膨張変形後の前記粘弾性流体の断面形状をそれぞれ計算する工程を含む、請求項1又は2に記載の粘弾性流体の断面形状の予測方法。
further comprising dividing the outlet into a plurality of regions;
3. Prediction of the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid according to claim 1, wherein the step of calculating the cross-sectional shape includes a step of calculating the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid after expansion deformation in the plurality of regions. Method.
前記吐出口の輪郭形状は、予め定められた第1方向の長さと、前記第1方向と直交する第2方向の長さとを含み、かつ、前記第2方向の長さが前記第1方向の長さよりも小さく、
前記断面形状を計算する工程は、少なくとも前記第2方向に膨張変形した前記粘弾性流体の断面形状を計算する工程を含む、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の粘弾性流体の断面形状の予測方法。
The contour shape of the ejection port includes a predetermined length in a first direction and a length in a second direction orthogonal to the first direction, and the length in the second direction is the length in the first direction. less than length
The cross-section of the viscoelastic fluid according to any one of claims 1 to 3, wherein the step of calculating the cross-sectional shape includes calculating the cross-sectional shape of the viscoelastic fluid expanded and deformed at least in the second direction. Shape prediction method.
前記関係を入力する工程は、前記押出流路のキャピラリー長さとキャピラリー直径との比に基づいて、前記ダイスウェル比を測定する工程を含む、請求項1ないし4のいずれか1項に記載の粘弾性流体の断面形状の予測方法。 5. The viscosity of any one of claims 1 to 4, wherein the step of inputting the relationship comprises measuring the die swell ratio based on the ratio of capillary length to capillary diameter of the extrusion channel. A method for predicting the cross-sectional shape of an elastic fluid. 前記粘弾性流体は、未加硫ゴムを含む、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の粘弾性流体の断面形状の予測方法。 The method for predicting a cross-sectional shape of a viscoelastic fluid according to any one of claims 1 to 5, wherein the viscoelastic fluid contains unvulcanized rubber.
JP2021088603A 2021-05-26 2021-05-26 Prediction method of cross-sectional shape of viscoelastic fluid Pending JP2022181577A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021088603A JP2022181577A (en) 2021-05-26 2021-05-26 Prediction method of cross-sectional shape of viscoelastic fluid

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021088603A JP2022181577A (en) 2021-05-26 2021-05-26 Prediction method of cross-sectional shape of viscoelastic fluid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022181577A true JP2022181577A (en) 2022-12-08

Family

ID=84328954

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021088603A Pending JP2022181577A (en) 2021-05-26 2021-05-26 Prediction method of cross-sectional shape of viscoelastic fluid

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022181577A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103488862B (en) Method for simulating high viscosity fluid
US9378307B2 (en) Method and apparatus for simulating plastic material flowing through extruding channel
US9164958B2 (en) Simulating method for kneaded state of fluid
JP4643373B2 (en) Uniform melting simulation method for extrusion screw, computer program for executing the method, and uniform melting simulation device for extrusion screw
JP6405160B2 (en) Analysis method of kneading state of viscous fluid
de Miranda et al. Evaluation of the predictive capacity of viscosity models in polymer melt filling simulations
JP2022181577A (en) Prediction method of cross-sectional shape of viscoelastic fluid
JP6772522B2 (en) Viscoelastic body simulation method, viscoelastic body simulation device and program
JP6950477B2 (en) Simulation method of viscoelastic material
JP6306979B2 (en) Method for simulation of extrusion of plastic material
de Miranda et al. Analysis of numerical modeling strategies to improve the accuracy of polymer injection molding simulations
JP2019093566A (en) Engineering method of duct line of viscoelastic body, engineering program, and evaluation method
JP6092832B2 (en) Fluid behavior prediction apparatus, fluid behavior prediction method and fluid behavior prediction program
JP6790721B2 (en) Analysis method of kneading state of viscous fluid
JP7152286B2 (en) SIMULATION APPARATUS, SIMULATION METHOD, AND PROGRAM
JP2023054638A (en) Fluid simulation method
JP7119471B2 (en) Fluid simulation method
JP7152289B2 (en) SIMULATION APPARATUS, SIMULATION METHOD, AND PROGRAM
JP7469644B2 (en) Parameter determination method
Sarghini Analysis and Simulation of Pasta Dough Extrusion Process by CFD
JP7298250B2 (en) Method for analyzing plastic material and method for manufacturing plastic material
JP6848754B2 (en) Kneading simulation method for thermoplastic materials
JP2018161853A (en) Method for analyzing kneading state of viscous fluid
JP2017024359A (en) Analysis method of mixing situation of viscous fluid
JP2022141407A (en) Analysis method for plastic materials

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240327