生物质液压成型机模具结构分析及优化

论文摘要

生物质能源具有储量大、分布广、可再生等优点,其开发利用可以有效解决当今世界面临的能源紧张、环境污染和气候变化等问题。生物质能源发展瓶颈是原料松散、生产能耗高、模具磨损大、生产成本高等,生物质固化成型技术是有效解决上述问题的技术之一生物质固化成型技术是把松散的原料,固化压缩成密实规则的生物质制品的技术,其研究分为成型机理、成型工艺和成型机的研究,其中固化成型机的模具结构是关键技术之一。模具结构不但影响成型后制品的质量,而且影响生产过程中的能耗和模具的磨损,对模具结构进行优化,可以有效提高制品质量,降低磨损和能耗,从而降低生物质制品的生产成本。本文利用液压式成型机,以弹塑性力学和流变学为理论,研究生物质成型的机理和模具参数对成型过程的影响。建立模具的模型,分析模具的受力情况,得出模具结构中最重要的参数是：大端长径比、两端面内径比和锥角,严重影响生物质制品的质量和模具的磨损。利用ANSYS软件,建立有限元模型,分析整个压缩过程中材料的位移规律、应力应变分布、成型块的等效应力场、模具的等效应力场和摩擦力分布情况。由模拟结果得出模具最大等效应力出现在模具锥形区的大端入口处,影响模具最大等效应力最大的因素是模具的大端直径和锥角。在有限元模拟中,设定模具大端长度不变,通过改变大端直径从而改变大端长径比和两端面内径比的值,得出模具最大等效应力和模具参数之间的变化曲线。把模拟出的曲线分别进行曲线拟合,建立优化模型,得出模具参数的最优取值。本研究降低了模具的最大等效应力和磨损,提高生物质制品的质量,为以后生物质液压成型机模具的选择、改进和设计提供理论支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 生物质固化技术研究现状
• 1.2.1 成型设备的研究现状
• 1.2.2 成型工艺的研究现状
• 1.2.3 成型机理的研究现状
• 1.2.4 成型模具的研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文主要内容
• 第2章 成型过程简介和模具受力分析
• 2.1 原料特性和成型机理
• 2.1.1 成型原料特性
• 2.1.2 固化成型机理
• 2.2 液压式成型机成型过程
• 2.3 成型过程影响因素
• 2.4 模具受力分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 固化成型过程应力应变分析
• 3.1 引言
• 3.2 生物质制品应力应变分析
• 3.2.1 弹塑性力学理论
• 3.2.2 流变学理论
• 3.2.3 应力应变分析
• 3.3 模具结构对应力分布的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 固化成型过程有限元模拟
• 4.1 有限元接触状态分析
• 4.1.1 有限元法的优点
• 4.1.2 有限元模拟基本步骤
• 4.1.3 有限元接触状态分析
• 4.2 建立有限元模型及求解
• 4.2.1 压缩模型的建立
• 4.2.2 建立接触对
• 4.2.3 施加载荷并求解
• 4.3 模拟结果分析
• 4.3.1 位移规律
• 4.3.2 应力应变分布
• 4.3.3 等效应力分布
• 4.3.4 摩擦应力分布
• 4.4 模具参数的ANSYS分析
• 4.4.1 模具两端面内径比有限元分析
• 4.4.2 模具大端长径比有限元分析
• 4.4.3 模具锥形区锥角有限元分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 液压成型机模具结构优化设计
• 5.1 模具参数的曲线拟合
• 5.2 模具参数的函数优化
• 5.2.1 建立优化目标函数
• 5.2.2 建立优化数学模型
• 5.2.3 选择优化算法
• 5.2.4 优化结果分析
• 5.3 试验验证
• 5.3.1 试验材料和指标
• 5.3.2 试验仪器与设备
• 5.3.3 试验步骤
• 5.3.4 试验结果分析
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与科研项目
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表