木質(zhì)功能材料溫壓成形本構(gòu)方程與數(shù)值模擬.pdf

1、自二戰(zhàn)以來隨著新技術(shù)革命的興起，石化資源被過度開采、森林資源與植被遭到嚴(yán)重破壞，木材匱乏國度不計(jì)其數(shù)，高值清潔利用農(nóng)林剩余物等廉價(jià)資源制備木質(zhì)功能復(fù)合材料是緩解資源、環(huán)境問題的有利手段。本文以速生白楊剩余物為基材，在研究木質(zhì)功能材料原料粉末基本性能及其溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，采用理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法構(gòu)建了木質(zhì)功能材料溫壓成形本構(gòu)方程;采用有限元法對木質(zhì)功能材料溫壓成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。研究成果可作為木質(zhì)功能材料批量生產(chǎn)工藝制訂的理論依

2、據(jù)，并可作為木質(zhì)功能材料溫壓成形機(jī)理分析及失效成因分析的理論判據(jù)。完成的主要工作如下:
　　1)研究了木質(zhì)功能材料原料粉末的密度、壓縮性、流動(dòng)性和孔隙度等基本性能，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)功能材料原料粉末越細(xì)，其孔隙率越小、松裝密度和振實(shí)密度越大、流動(dòng)性越差、壓縮性越好，但變化趨勢不明顯。
　　(2)在小于220℃溫度環(huán)境下，對基材楊木粉末及其溫壓壓坯與木質(zhì)功能材料進(jìn)行了熱失重分析，發(fā)現(xiàn)楊木粉末與其溫壓壓坯的熱失重處于同一水平，分別為7.2

3、6％、7.19％;木質(zhì)功能材料的熱失重率為5.01％，說明木質(zhì)功能材料具有一定的耐候性能。
　　(3)以木質(zhì)功能材料原料粉末粒度、成形溫度、成形壓力為影響因子，以木質(zhì)功能材料表面硬度、靜曲強(qiáng)度、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度、彈性模量為考查指標(biāo)，對木質(zhì)功能材料溫壓成形工藝進(jìn)行了研究，獲得了最優(yōu)工藝參數(shù)組合，即:原料粉末粒度-60目、成形溫度160℃、成形壓力60MPa?；谧顑?yōu)工藝制備的木質(zhì)功能材料微觀組織塑化充分，斷口具有明顯韌性斷裂特征，體現(xiàn)出良

4、好的綜合性能(表面硬度77.3kg/mm2、靜曲強(qiáng)度為78.14MPa、內(nèi)結(jié)合強(qiáng)度7.44MPa、彈性模量5.52GPa)。
　　(4)基于川北公式和木質(zhì)功能材料溫壓成形應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用模擬退火優(yōu)化算法反演模型參數(shù)，構(gòu)建了木質(zhì)功能材料溫壓成形過程本構(gòu)方程;通過對本構(gòu)方程的模擬，發(fā)現(xiàn)該方程能較好的描述木質(zhì)功能材料溫壓成形過程中的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系;借助BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法擬合木質(zhì)功能材料溫壓成形應(yīng)力應(yīng)變試驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)測了木質(zhì)功能材料溫壓成形

5、本構(gòu)關(guān)系，預(yù)測結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻，證明采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法研究木質(zhì)功能材料溫壓成形過程本構(gòu)關(guān)系切實(shí)可行。
　　(5)借助MSC.Marc軟件對木質(zhì)功能材料溫壓成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。針對壓坯溫度場及成形壓力與成形溫度對壓坯相對密度的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn):壓坯溫度場由外及里呈遞減梯度分布;壓坯相對密度隨著壓力的增加明顯增大，當(dāng)成形壓力達(dá)到60MPa時(shí)壓坯的相對密度增幅減緩，最終趨于穩(wěn)定;壓坯相對密度從上至下單向遞減呈梯度分布;壓