连续螺旋绞刀参数对泥料运动特性影响的研究

论文摘要

以TL—125B型真空练泥机连续螺旋绞刀部分为研究对象,综合运用材料流变学、测量技术、计算流体动力学、有限元法、正交试验法等理论,建立了连续螺旋绞刀中泥料挤出的数学模型;运用ANSYS软件建立了泥料在连续螺旋绞刀中挤出的几何模型。运用有限元分析法对几何模型进行了结构离散化,并进行了区域网格化处理,通过建立泥料的几何模型,用实测的泥料流变参数及螺槽进出口压力进行定义和加载,在此基础上,确定正确的边界条件,并采用ANSYS软件对挤出过程中泥料的速度场、压力场进行模拟,针对影响挤出过程中坯体质量的连续螺旋绞刀工况和结构参数进行了研究。揭示出陶瓷泥料在挤出过程中的运动机理,得出了泥料在挤出过程中速度、压力分布情况,以及真空练泥机在不同的连续螺旋绞刀结构参数下对泥料的生产能力、质量的影响。通过对不同轴毂半径、螺旋绞刀的螺距、绞刀转速、绞刀刀片厚度等参数的数值模拟,得到了泥料在输送挤压过程中的变化规律:(1)随着轴毂半径逐渐增大,真空练泥机的生产能力逐渐降低;泥料在输送挤压过程中泥料的压力逐渐增大;泥料层与层之间相对运动速度逐渐减小;在挤出过程中泥料所受的剪切、混合作用效果逐渐变好。(2)随着螺旋绞刀螺距逐渐增大,真空练泥机的生产能力随之提高;泥料在输送挤压过程中泥料层与层之间的混合效果越来越好;泥料在输送挤压过程中泥料的压力逐渐增大。(3)随着螺旋绞刀转速逐渐增大,泥料在输送挤压过程中,无论其速度、所受压力都逐渐增大;泥料层与层之间的相对速度逐渐增大,这样会促使泥料中颗粒的定向排列,造成泥料结构的各向异性,使泥料的质量下降。(4)随着螺旋绞刀刀片厚度逐渐增大,泥料在输送挤压过程中速度、所受压力变化不明显,真空练泥机的生产能力变化不大。即绞刀刀片厚度的变化对泥料在输送挤压过程中所受的影响效果不明显。利用数值模拟结合正交试验法对轴毂半径、连续螺旋绞刀的螺距、转速、刀片厚度进行了优化设计,优化后的连续螺旋绞刀结构参数可使真空练泥机生产能力提高、泥料层与层之间的混合效果好,分层现象得到改善,为连续螺旋绞刀的设计及泥料挤出生产提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源及国内外研究现状
• 1.2.1 课题来源
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 国外研究现状
• 1.3 课题主要内容、预期目标以及创新之处
• 1.3.1 本课题研究的主要内容
• 1.3.2 本课题的预期目标
• 1.3.3 本课题的主要创新之处
• 2 真空练泥机泥料运动状态数值模拟系统环境
• 2.1 系统平台及工具
• 2.2 应用软件概述
• 2.2.1 Pro/E简介
• 2.2.2 ANSYS及有限元法概述
• 2.2.3 两个软件间的接口与关系
• 3 真空练泥机概述及几个重要参数的确定
• 3.1 前言
• 3.2 问题概述
• 3.2.1 真空练泥机概述
• 3.2.2 筒体概述
• 3.2.3 真空练泥机中的泥料概述
• 3.2.4 屈服应力及塑性粘度的测量方法
• 4 边界条件的确定以及泥料在不同参数下的模拟
• 4.1 边界条件
• 4.1.1 几何模型的建立
• 4.1.2 泥料流态、物理参数的确定
• 4.1.3 泥料模型运动过程中的假设
• 4.1.4 有限元网格的划分
• 4.1.5 真空练泥机螺旋绞刀螺槽中泥料运动速度边界条件的确定
• 4.2 计算及结果分析
• 4.2.1 计算过程中的控制方程
• 4.2.2 真空练泥机对泥料挤出性能的评价方法
• 4.3 泥料在不同参数下的数值模拟
• S下的数值模拟'>4.3.1 不同轴毂半径R_S下的数值模拟
• 4.3.2 不同螺旋绞刀螺距t下的数值模拟
• h下的数值模拟'>4.3.3 不同螺旋绞刀刀片厚度t_h下的数值模拟
• 4.3.4 不同螺旋绞刀转速n（螺杆转速）下的数值模拟
• 4.4 小结
• 5 在ANSYS下真空练泥机各参数的数值模拟试验分析
• 5.1 正交试验设计理论
• 5.1.1 正交试验设计的基本概念
• 5.1.2 正交表
• 5.1.3 正交试验设计的基本方法
• 5.2 数值模拟下真空练泥机的正交试验及其结论
• 5.3 真空练泥机各参数优化后数值模拟结果分析
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献