草物料壓縮流變動力學(xué)特性研究及壓縮過程優(yōu)化.pdf

1、本文從保護環(huán)境、合理開發(fā)利用草資源為出發(fā)點，進行了草物料壓縮過程中流變動力學(xué)特性試驗研究。 首先完成了草物料壓捆試驗臺的設(shè)計與制造。該試驗臺能進行單因素和多因素試驗，實現(xiàn)了壓捆室截面積、長度可調(diào)，活塞行程端點停留時間可調(diào)。設(shè)計了虛擬儀器數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，能夠采集全過程的壓縮力、壓捆室壁的壓力、草物料(草片)壓縮量、厚度、變形恢復(fù)量等，可適時觀察、記錄采集到的數(shù)據(jù)，并能夠轉(zhuǎn)換為其它格式的文件存貯，在MATLAB軟件中進行數(shù)據(jù)分析處

2、理、計算、作圖等，顯著地提高了數(shù)據(jù)處理的效率和可靠性。 然后進行單因素和多因素試驗，得出了以下結(jié)論： 1)在壓縮過程中其它條件一定的情況下，研究壓捆室截面形狀、尺寸對壓縮過程的影響。以一次喂入的草物料為研究對象，對壓縮全過程進行流變動力學(xué)特性研究，指出草物料壓縮過程是一個大變形過程，探索壓捆室不同截面下草物料在全過程中的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。試驗結(jié)果表明草物料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為非線性，加載曲線與卸載曲線不同，且卸載曲線回不到原

3、點。形成草片后，在循環(huán)載荷的作用下，草片的壓縮模量依次增大，草片的卸載曲線與直接壓縮過程中的卸載曲線形狀差別逐漸增大，各草片的恢復(fù)模量也依次增加，抵抗變形的能力逐漸增加。在壓縮全過程中都有應(yīng)力松弛現(xiàn)象發(fā)生。 2)指出不同截面下草片的彈性變形恢復(fù)對壓縮過程中的功耗影響很大。隨壓捆室截面的增大，壓縮過程中草片彈性變形恢復(fù)率、比功均表現(xiàn)為先降低后增加趨勢。 3)草物料在不同截面下直接壓縮后應(yīng)力松弛曲線具有相同的特征，采用逐次剩

4、余法，建立了苜蓿、揉碎玉米秸稈直接壓縮后草片的應(yīng)力松弛模型，均為3個[M]并聯(lián)的廣義Maxwell模型，相應(yīng)獲得了應(yīng)力松弛方程、參量及其變化規(guī)律。 4)揭示了不同截面下最大軸向壓縮力沿壓捆室長度的分布規(guī)律和彈性恢復(fù)應(yīng)力沿壓捆室的分布規(guī)律，對壓捆機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和提高產(chǎn)品的形態(tài)穩(wěn)定性具有重要的指導(dǎo)意義。 5)揭示了在不同截面下壓縮草物料時，草片在壓緊時和恢復(fù)后沿壓捆室長度的密度分布規(guī)律。研究表明草片在循環(huán)載荷的作用下，其密度有

5、所提高，且存在密度平穩(wěn)區(qū)，在壓緊和恢復(fù)時草片的密度基本保持不變，建議在該區(qū)進行打捆，以獲得較高的產(chǎn)品密度。 6)在一定的壓縮條件進行不同截面的壓縮時，所需的比應(yīng)力和比密度不同。隨壓捆室截面增大，比應(yīng)力表現(xiàn)為先減少后增加的規(guī)律，而比密度表現(xiàn)為先增加后減少的規(guī)律。 7)揭示了不同截面下草片的摩擦力沿壓捆室長度的分布規(guī)律和不同截面下最大側(cè)壓力沿壓捆室長度的分布規(guī)律，指出草物料壓縮中最大側(cè)壓力系數(shù)不為常數(shù)，在壓縮室內(nèi)較大，呈指數(shù)

6、型降低。該規(guī)律為壓捆機的設(shè)計和壓縮室的強度校核提供了依據(jù)，為壓捆機的虛擬設(shè)計、仿真提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 8)在試驗和理論分析的基礎(chǔ)上，揭示了壓捆室壓縮半徑對最大壓縮力、草片最大密度的影響為負效應(yīng)。 9)利用均勻設(shè)計方法優(yōu)化試驗方案，進行多因素試驗，采用偏最小二乘回歸法進行多目標建模，獲得壓縮含水率約為17％的苜蓿、揉碎玉米秸稈的最大壓縮力、瞬間最大密度、名義草捆密度的統(tǒng)計模型。 10)對統(tǒng)計模型進行優(yōu)化，獲得壓縮不同