基于ANSYS的生物質(zhì)成型流變規(guī)律及進(jìn)料螺桿模態(tài)特性研究.pdf

1、生物質(zhì)資源非常豐富,其高效開(kāi)發(fā)有助于改善生態(tài)環(huán)境、緩解能源供應(yīng)緊缺現(xiàn)狀。生物質(zhì)成型技術(shù)使松散生物質(zhì)原料致密化,為其它生物質(zhì)能源綜合利用技術(shù)提供原料供給。但目前該技術(shù)還存在成型流變過(guò)程研究不全面、成型質(zhì)量參差不齊、成型設(shè)備關(guān)鍵部件使用壽命短、設(shè)備振動(dòng)大等發(fā)展問(wèn)題。開(kāi)展相關(guān)生物質(zhì)成型技術(shù)的研究對(duì)開(kāi)辟能源利用新領(lǐng)域具有重要的意義。
　　 本文以液壓式生物質(zhì)成型技術(shù)為研究對(duì)象,在對(duì)原料成型特性和成型機(jī)理深入理論研究與探討的基礎(chǔ)上,分析整

2、個(gè)液壓成型流變過(guò)程,提出原料流變演化模型;通過(guò)研究生物質(zhì)原料與金屬粉末和土體成型方面的相似之處,將流變學(xué)理論知識(shí)融入生物質(zhì)原料成型過(guò)程研究中,針對(duì)原料流變不同成型階段分別建立有限元分析的相關(guān)本構(gòu)方程,并結(jié)合彈塑性力學(xué)、流變學(xué)、粘彈性力學(xué)等相關(guān)理論知識(shí)對(duì)成型過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,得到生物質(zhì)原料在成型過(guò)程中的流變規(guī)律、應(yīng)力應(yīng)變分布。研究發(fā)現(xiàn),擠壓原料在流變時(shí)外層位移滯后于中層位移,模具錐角處原料流動(dòng)速度最慢、等效應(yīng)力和摩擦力最大,模具存在應(yīng)力集

3、中。研究還發(fā)現(xiàn)原料在成型出模后,仍存有殘余應(yīng)力,這是原料在后期發(fā)生應(yīng)力松弛和蠕變現(xiàn)象的原因。借鑒機(jī)械產(chǎn)品中改善應(yīng)力集中問(wèn)題的思路,提出模具改進(jìn)方案,對(duì)模具錐角處倒圓角處理,改進(jìn)后的成型模具在錐角處應(yīng)力值減小,應(yīng)力分布均勻,成型燃料品質(zhì)改善。成型過(guò)程的理論分析和模擬對(duì)成型工藝的優(yōu)化選擇提供了理論依據(jù)。
　　 螺桿是螺旋進(jìn)料裝置核心工作部件,是原料初始流變發(fā)生區(qū),在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中處于旋轉(zhuǎn)的懸臂梁狀態(tài)。本文運(yùn)用Darnell-Moll

4、理論研究螺旋輸送原理,采用ANSYS特有的APDL語(yǔ)言對(duì)螺桿進(jìn)行參數(shù)化建模,并開(kāi)發(fā)了螺桿參數(shù)化有限元專(zhuān)用分析程序。首先,對(duì)螺桿進(jìn)行靜力分析,研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)力在螺旋葉片上按層分布,從螺棱到螺槽,應(yīng)力逐漸增大,在螺桿前端應(yīng)力達(dá)到最大。其次,對(duì)螺桿部件進(jìn)行模態(tài)分析,推導(dǎo)了螺桿進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程及質(zhì)量矩陣,得到螺桿一階固有頻率為49.536HZ,激振頻率遠(yuǎn)小于一階固有頻率,螺桿在工作過(guò)程中能有效避開(kāi)共振區(qū),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,從而為成型設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化