В связи с активным ростом числа автомобилей в мире растут и связанные с автомобилями отрасти, например, производство шин и протекторов для них. Так, например, в 2010 году общее количество транспортных средств, включая легковые автомобили, грузовики различных классов (не считая тяжелый внедорожный транспорт) и автобусы, составило 1,015 млрд единиц. Протектором называют массив, покрывающий каркас в беговой части покрышки. Основное назначение протектора состоит в защите каркаса от повреждений и истирания, передаче тормозного и тягового усилий и обеспечения хорошего сцепления шины с поверхностью дороги.
Рис. 1. Схема экструдера
Схематично принцип действия экструдера (рисунок 1) можно описать следующим образом. Перерабатываемый полимер подается в зону приема сырья, где поступает в пазухи между витками шнека. По мере поступления новой порции материала он уплотняется. Далее, шнек вращается и перемещает материал в зону пластификации, где материал подплавляется и пластифицируется, что способствует смешиванию. Спрессованный материал, образовав пробку, скользит по шнеку. В результате образования пробки уровень давления растет. Давление расходуется на преодоление сопротивления сеток и формование профиля. В зоне выпрессовывания продукта сырье полностью гомогенизируется и продавливается через формующую головку.
В век цифровых технологий и бурного развития данной отрасли возникает потребность в математическом моделировании процесса шприцевания, которое значительно точнее обычных методик расчета и позволяет улучшать технологические процессы изготовления протекторов. Для более точного моделирования процесса течения неньютоновской жидкости в рабочем органе червячной машины предлагается использовать программный пакет OpenFOAM.
Рис. 2. Сетка и результаты расчета
OpenFOAM – свободно распространяемый инструментарий вычислительной гидродинамики для операций с полями (скалярными, векторными и тензорными). OpenFOAM позволяет решать полные уравнения с различными условиями, которые, обычно, не возможно решить аналитически, но становится возможным с помощью OpenFOAM. Для этого необходимо построить 3D-модель расчетной области, например, в программе КОМПАС-3D или же AutoCAD. После построения расчетной области строим расчетную сетку, что возможно сделать с помощью утилиты snappyHexMesh (рисунок 2). С помощью одного из решателей используем полученную расчетную сетку для вычисления полей скоростей и давлений (рисунок 2) в перерабатываемом материале.