秸秆成型设备环模强度分析

【摘要】：随着传统能源的日益紧张，使人们越来越重视生物质能源，而秸秆生物质致密成型技术正是利用生物质能源的一种较好的方法。环模式秸秆压块机由于能耗低、产量大、产品质量高等优点，使其成为未来生物质固化成型的主要设备。作为秸秆成型设备关键部件的环模，其寿命是影响环模压块机推广的主要因素。本文主要对秸秆成型设备的环模强度进行分析研究。 通过试验研究了秸秆压块密度与影响因素之间的关系。结果表明，含水率在15%左右，成型压力为60MPa左右，物料尺寸为10~20mm时成型产品表面光滑，密度适宜，品质最高。 对生物质塑性变形问题进行了探讨，推导了生物质成型过程中环模弹塑性本构方程，建立了成型过程中应力应变场和温度场的有限元模型。对环模成型过程中应力应变场有限元模拟，结果表明，在同一横截面上，靠近中心部位物料的流动速度高于与模孔内壁的接触面上的物料，而流动速度最小的部位(即环模棱角处)恰是应力值最大的部位。应力集中是导致的压块成品棱角撕裂倒钝现象和模孔材料剥落现象的原因；对模孔实施棱角倒圆，应力集中情况得到明显改善，最大减小的应力值为15.733MPa。对成型过程中环模的温度场有限元模拟，结果表明，倒角的环模更不易产生热应力，更适合用于生物质的成型。 针对环模既受力又有温度影响，对环模进行热-力耦合场有限元模拟，得到环模耦合应力场的分布情况，及环模改进后耦合应力场的分布情况，通过对比证明了改进后的环模应力场分布要优于前者，为秸秆压块机的核心部件——环模的改进提供了一定的理论依据。 【关键词】：秸秆 压缩成型 环模 强度 应力 温度
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S226;S216.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 生物质致密成型技术利用的意义及前景10-11
• 1.2 生物质致密成型理论研究现状11-13
• 1.3 生物质致密成型设备的发展现状13-16
• 1.3.1 国外发展现状13-14
• 1.3.2 国内发展现状14
• 1.3.3 生物质致密成型设备结构型式14-16
• 1.4 环模式压块机易损部件—环模研究现状16-18
• 1.5 本课题研究所用环模式秸秆压快机简介18-20
• 1.5.1 环模式压块机的总体结构与工作原理18
• 1.5.2 整机的传动与进料机构18-19
• 1.5.3 环模式压块机的压缩室结构19-20
• 1.6 本文主要研究内容20-22
• 第2章 玉米秸秆致密成型影响因素试验研究22-34
• 2.1 试验目的22
• 2.2 试验材料和装置22-26
• 2.2.1 试验材料22-24
• 2.2.2 试验装置24-26
• 2.3 试验步骤26
• 2.4 成型产品质量评价标准26-27
• 2.5 生物质致密成型试验结果及分析27-32
• 2.5.1 含水率对成型密度的影响27-29
• 2.5.2 压力对成型密度的影响29-30
• 2.5.3 秸秆尺寸对成型密度的影响30-32
• 2.6 本章小结32-34
• 第3章 压缩成型过程模拟与环模受力分析34-52
• 3.1 有限元法介绍34
• 3.1.1 有限元法特点34
• 3.1.2 用有限元法求解问题基本思路34
• 3.2 生物质塑性变形理论34-37
• 3.2.1 屈服准则35-36
• 3.2.2 强化准则36-37
• 3.2.3 流动准则37
• 3.3 生物质成型过程的有限元本构方程37-40
• 3.4 成型过程中环模弹塑性本构方程的推导40-42
• 3.5 环模的应力应变场模拟42-45
• 3.5.1 几何模型的建立42-43
• 3.5.2 定义有限元模型的单元类型43
• 3.5.3 定义材料参数43-44
• 3.5.4 网格划分44
• 3.5.5 边界条件的施加及求解44-45
• 3.6 致密成型模拟结果及分析45-49
• 3.6.1 静态模拟中应力场分布及分析45-46
• 3.6.2 动态模拟中不同加载时间应力场分布及分析46-47
• 3.6.3 动态模拟中不同加载时间应变场分布及分析47-48
• 3.6.4 环模模孔改进及分析48-49
• 3.7 本章小结49-52
• 第4章 环模温度场分析及模拟52-62
• 4.1 三维稳态传热52-55
• 4.1.1 三维稳态导热方程52-54
• 4.1.2 温度场的边界条件54-55
• 4.2 稳态热传导问题55-58
• 4.3 温度场的有限元模拟58-60
• 4.3.1 几何模型58
• 4.3.2 定义温度场模拟单元类型及材料热属性58-59
• 4.3.3 网格划分59
• 4.3.4 边界条件的确定59
• 4.3.5 温度场模拟结果及分析59-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第5章 环模耦合场分析与模拟62-68
• 5.1 耦合场62
• 5.2 耦合场分析的定义和类型62
• 5.3 耦合场分析方法62-63
• 5.4 有限元模拟模块的转化63
• 5.5 热力耦合场结果及分析63-66
• 5.5.1 方型模孔环模耦合应力场分析63-65
• 5.5.2 改进后环模耦合应力场分析65-66
• 5.6 本章小结66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-74
• 攻读硕士学位期间所发表的论文74-76
• 致谢76

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