一种轮胎橡胶挤出机机头流道优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108090269A(43)申请公布日2018.05.29(21)申请号201711309716.X(22)申请日2017.12.11(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人周海超姜震涂永杰王国林(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图7页(54)发明名称一种轮胎橡胶挤出机机头流道优化设计方法(57)摘要本发明提供了一种轮胎橡胶挤出机机头流道优化设计方法，首先建立机头流道模型，通过基于Polyflow模流分析、PlackettBuman试验方法、响应面分析法和模拟退火优化算法，计算出最优的机头流道结构参数设计值；通过挤出胶料横截面积的仿真值与实测值检验Polyflow模流分析方法的有效性；通过响应面分析建立优化目标函数；通过方差分析检验响应面模型的有效性；采用模拟退火优化算法对目标函数进行优化分析。采用本发明方法掌握流道参数影响胶料挤出规律，结合前面计算结果，设计制造出的机头流道使其内部胶料流动速度均匀，边缘翘曲现象消失，从而提高胶料制品质量，缩短新产品开发周期，提高生产效率，满足胶料挤出模具高效化和准确化的客观要求。CN108090269ACN108090269A权利要求书1/2页1.一种轮胎橡胶挤出机机头流道优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、根据轮胎橡胶挤出机设置的工艺参数和机头流道结构参数，建立轮胎橡胶挤出机机头的几何模型，并对几何模型进行网格化离散，生成有限元模型；步骤二、通过橡胶流变加工分析仪RPA2000测试获得，采用纯黏性Bird-Carreau本构模型反映胶料的流变特性；步骤三、通过Polyflow软件进行轮胎橡胶胶料的流动分析，采用挤出胶料截面面积的仿真值与实测值的对比检验胶料挤出方法有效性；步骤四、以机头流道出口截面上的胶料流动速度偏度值SDV为目标响应值，通过PlackettBuman(PB)试验方法对机头流道结构参数进行方案设计，对不同设计变量组合的模型进行仿真分析，分别计算出目标响应值胶料流动速度偏度值SDV，并进行统计学设计和数据分析，利用正态分布图以及柱状图标分析不同流道结构参数对目标响应值的影响程度，筛选出流道结构参数对目标响应值具有显著影响的关键参数集F；步骤五、运用中心组合设计(CentrolCompositedesign,CCD)方法对流道结构关键参数集F进行试验方案编排，通过Polyflow计算不同设计变量组合的胶料流动速度偏度值SDV，对试验结果进行数据分析及建立响应面模型；步骤六、响应面模型分析，为了获得关键参数集F中的变量对响应值的影响规律，利用二次非线性多元回归方程来构造流道关键参数集F中的变量与响应值胶料流动速度偏度值SDV之间的响应面模型，通过方差分析检验响应面模型的有效性；并利用三维响应图更加形象化的表达；步骤七、根据轮胎橡胶挤出机设置的工艺参数和挤出制品质量要求，以机头流道结构关键参数集F为变量，建立带有上下限及约束函数的优化目标函数，利用模拟退化优化算法对优化目标进行非线性优化，获得最小的机头流道胶料流动速度偏度值SDV的参数组合，从而实现橡胶挤出机头流道的优化设计。2.根据权利要求1所述的轮胎橡胶挤出机机头流道优化设计方法，其特征在于：所述步骤一中所述的橡胶挤出机机头流道的结构参数分别为进口宽度G、出口宽度D、阻尼块圆角C和圆角H、阻尼块夹角A和夹角B、流道侧壁圆角R和圆角F，共计8个参数。3.根据权利要求1所述的轮胎橡胶挤出机机头流道优化设计方法，其特征在于：所述步骤一中对机头流道几何模型进行网格化离散是通过商用软件Gambit来实现。4.根据权利要求1所述的轮胎橡胶挤出机机头流道优化设计方法，其特征在于：所述步骤三中胶料挤出截面面积的实测值采用扫描式胎面断面检测仪获得。5.根据权利要求1所述的轮胎橡胶挤出机机头流道优化设计方法，其特征在于：所述步骤四的胶料流动速度偏度值SDV的计算方程如式(1)所示：式中，xi为出口截面上第i个点上的流动速度，n为xi的个数，为n个xi的平均值，取n＝50。6.根据权利要求1所述的轮胎橡胶挤出机机头流道优化设计方法，其特征在于：所述步骤四的PlackettBuman(PB)法对机头流道结构参数进行试验设计中，应用线性函数进行流2CN108090269A权利要求书2/2页道结构参数筛选，忽略交互作用，线性模型方程如式(2)所示：Y＝β0+∑βfxf(f＝1,2,3,…,8)(2)式中，Y为机头流道出口处的速度偏度值SDV，xf分别代表了橡胶挤出机机头流道的结构参数，βf为回归系数，反映了第f个结构参数对Y的影响程度；利用正态分布图以及柱状图标分析不同流