秸秆冷态压缩成型过程仿真模拟研究

【摘要】：随着农业技术的发展和粮食产量的大幅度提高,农作物秸秆等的剩余量越来越大。由于秸秆产地分散、质地疏松、能量密度小,给采集、储运和使用带来不便。生物质压缩成型是能源转化的重要技术途径之一。经致密成型加工后的秸秆固体成型燃料,其粒度均匀、单位密度和强度增加,便于运输和贮存,且燃烧性能明显改善。 首先,论文分析了国内外生物质成型发展应用现状以及生物质成型理论研究现状,指出目前秸秆成型技术存在的不足。 其次,论文分析了机械冲压成型机、模压颗粒成型机和液压成型机三种成型机的工艺原理,通过比较分析最终选出液压成型机是一种较为优良的成型机,并分析其工作原理。 再其次,秸秆成型燃料成型过程中物料的形变属于非线性大变形,包含明显的弹性和塑性形变过程。因此采用弹塑性力学分析研究秸秆冷态压缩成型的力学规律。 最后,应用Ansvs有限元分析软件针对秸秆成型燃料冷态成型过程进行仿真模拟研究。得出了锥角和锥长参数对秸秆成型加工的影响：在X-Y平面内,秸秆成型燃料和成型腔的剪切应力基本沿接触面对称分布。锥角在40°附近时,成型腔入口处的应力为最大值。锥角超过30°时,成型腔入口处的应力基本保持不变。锥角在30°附近时,成型腔出口处的应力达到最大值。锥角由4°变化至8°时,秸秆物料的应变在保型腔内逐渐呈现均匀化。锥长在100mm附近时,成型腔入口处应力得到最大值。锥长在100mm附近时,成型腔出口处的应力达到最大值。锥长由20mm变化至60mm时,秸秆物料在保型腔内的形变趋于均匀化。可以为秸秆成型燃料冷态成型机设计提供重要的理论参考。 【关键词】：成型燃料 冷态成型 弹塑性力学 有限元分析
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S216.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题研究背景及意义8
• 1.2 国内外生物质成型发展应用研究8-9
• 1.2.1 国内生物质成型发展应用研究8-9
• 1.2.2 国外生物质成型发展应用研究9
• 1.3 国内外生物质成型理论发展研究9-15
• 1.3.1 压力与压缩密度关系的研究9-12
• 1.3.2 影响压缩成型的主要因素研究12-14
• 1.3.3 应力与应变的研究14-15
• 1.4 秸秆冷态成型机技术的不足15
• 1.5 论文主要研究内容15-16
• 2 秸秆冷态压缩成型方式及过程16-21
• 2.1 秸秆冷态压缩成型方式研究16-18
• 2.1.1 机械冲压成型机16
• 2.1.2 模压颗粒成型机16-17
• 2.1.3 液压颗粒成型机17-18
• 2.2 秸秆冷态压缩成型方式比较18
• 2.3 秸秆冷态成型机理研究18-20
• 2.3.1 秸秆液压成型过程及成型机理研究18-19
• 2.3.2 预压缩阶段19
• 2.3.3 主压缩阶段19
• 2.3.4 脱离模具阶段19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 基于弹塑性力学的秸秆压缩成型过程研究21-34
• 3.1 秸秆压缩成型过程中的应力与应变研究21-27
• 3.1.1 屈服条件22-24
• 3.1.2 后继屈服条件24-26
• 3.1.3 加载与卸载准则26
• 3.1.4 流动准则26-27
• 3.2 秸秆压缩成型弹塑性力学方程研究27-28
• 3.3 秸秆压缩成型过程的建模方法研究28-33
• 3.3.1 应力与应力张量28-29
• 3.3.2 平衡微分方程29-30
• 3.3.3 几何方程30-31
• 3.3.4 本构方程31-33
• 3.3.5 边界条件33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 秸秆成型燃料压缩过程有限元数值仿真模拟34-58
• 4.1 成型过程中有限元方法应用34-36
• 4.1.1 有限元法34
• 4.1.2 状态非线性有限元分析34-35
• 4.1.3 有限元Ansys软件简介35
• 4.1.4 有限元Ansys软件分析的基本步骤35-36
• 4.2 秸秆成型燃料压缩成型的问题研究36-37
• 4.2.1 仿真模拟问题描述36
• 4.2.2 有限元仿真模型的选取36-37
• 4.2.3 研究问题类型分析37
• 4.3 成型腔锥角变化对秸秆成型燃料冷态成型的影响37-47
• 4.3.1 仿真研究关键参数37-38
• 4.3.2 前处理38-40
• 4.3.3 加载求解40-41
• 4.3.4 后处理41-47
• 4.4 成型腔锥长变化对秸秆成型燃料冷态成型的影响47-57
• 4.4.1 仿真研究关键参数47
• 4.4.2 前处理47-50
• 4.4.3 加载求解50-51
• 4.4.4 后处理51-57
• 4.5 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-63
• 攻读学位期间发表的学术论文63-64
• 致谢64-65

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