Ansys Polyflow精准预测口模三维挤出胀大现象的案例实操分享

在聚合物挤出成型过程中，熔体离开模具后由于应力释放会发生截面膨胀，即所谓的“挤出胀大”现象。该现象直接影响产品尺寸精度与形状，是模具设计和工艺优化的关键考量因素。

本案例使用 Ansys Polyflow，针对一个三维方形截面模具的牛顿流体挤出过程，通过free surface自由表面追踪技术与remeshing动态网格变形方法，准确预测挤出胀大后的出口形状与流场分布，为实际挤出模具设计与工艺参数调整提供可靠的仿真依据。

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几何模型准备：

利用对称性，仅建立1/4模型，在两个对称面上设置对称边界条件，显著降低计算量

计算域分为两个子域：Subdomain 1：模具内部区域，流体受约束流动；Subdomain

2：挤出物区域，可与空气接触自由变形。

边界条件说明：

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聚合物粘度属性：Cross粘度模型，剪切变稀

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η0 = 85000 poise lamda= 0.2 s m= 0.3

实施过程展示：

1、读入准备好的网格文件：ext3d.msh，单位为cm

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2、采用模块化的模板来快速生成处理流程：Setup → Simulation → Use Template...

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3、根据模板生成的内容，修改材料/区域以及边界等所有相关参数，完成所有的❌工作。

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4、材料物性参数调整并检查

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5、计算域的设置：按照之前划分的两个子域（Subdomain 1：模具内部区域；Subdomain 2：挤出物区域）进行准确设置

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6、边界条件的设置：

• inlet体积流量为10cm3/s
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• 出口边界为no force，还可以根据实际场景进行其他挤出边界的定义（take-up force or velocity）
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• 自由表面free surface：需要指定其fixed part
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• die的固定壁面设定
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• 补全缺失未定义的边界：symmetry
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• 网格变形技术的定义：extrude deformation method选择Optimesh-3D
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💡补充说明：网格变形技术的核心在于根据自由表面运动导致的边界节点位移，对内部节点进行重新定位，因为部分网格会发生形变。对于需要处理挤压件大变形的三维挤压问题，推荐采用Optimes-3D技术。该技术要求挤压方向必须平行于x、y、z轴，且重网格区域的所有切片必须垂直于挤压轴线。在本案例中，选择Optimesh   - 3D技术能更好地适应挤出胀大过程中网格的变形情况。

7、设置求解器参数并启动求解

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8、结果展示：

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挤出口模面积为100cm2，40cm长度位置后面积为128cm2，胀大1.28倍。这表明Ansys Polyflow能够准确地预测该三维方形截面模具牛顿流体挤出的胀大情况，为实际挤出模具设计与工艺参数调整提供了有力支持。

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