生物质颗粒成型环模特性研究

论文摘要

为了实现生物质资源规模化利用,国内外目前采用的行之有效的办法之一就是生物质固化成型技术,该技术就是将农作物秸秆、稻壳、锯末、木屑等生物质废弃物,在一定的温度、湿度和压力下,使原来松散、无定形的粉碎原料压缩成具有一定形状、密度大、能量度高的固体成型燃料。针对目前生物质环模辊压式成型机仅处于某些方面的试验阶段,未从理论上进行研究,本文首次在成型理论和环模温度场分布等理论方面进行了深入研究与探讨,为进一步研究环模辊压式成型机提供了一定的理论依据。采用实体造型、有限元网格划分、有限元模拟全过程的模型及应用方法,借助Pro/Engineer特征创建技术、对话框技术,在Pro/Engineer环境下采用旋转、切除、阵列等特征实现了环模的三维建模。通过ANSYS软件中的THERMAL模块中的solid70单元对成型过程中环模的温度场进行数值模拟,揭示了成型过程中环模的温度场分布规律。基于温度场求解时对材料热物性参数取值、初始条件、边界条件等处理原则,利用分块模型化的特点,选取环模1/36模型进行有限元分析在ANSYS中选取Thermal to Struct直接把THERMAL模块转化为结构分析模块。首次对环模进行结构静力学、结构动力学、结构热耦合数值模拟,揭示了环模的应力场、应变场、位移分布规律。研究了环模结构参数对环模应力分布的影响,重点探讨了参数长径比对环模应力的影响。模拟结果显示长径比为5∶1时应力最小,与相关资料报道吻合。本文对环模辊压式成型机核心工作部件环模的数值模拟结果为优化环模材料选择、制造工艺控制缺陷、保证模具强度、提高模具寿命提供了科学依据,对环模辊压式成型机的研究与生产都有很好的应用价值和参考价值,对于加工生物质环模辊压式成型机的研究方法是一次突破和有意义的尝试。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 生物质固化成型发展简史
• 1.3 固化成型理论研究现状
• 1.4 生物质固化成型设备的发展
• 1.5 环模辊压式成型机简介
• 1.5.1 环模辊压式成型机的主要性能参数
• 1.5.2 环模辊压式成型机主机结构及特点
• 1.5.3 环模辊压式成型机成型原理
• 1.5.4 环模辊压式成型机成型过程分析
• 1.5.5 环模辊压式成型机主要技术参数
• 1.6 环模固化成型存在的问题
• 1.7 本课题主要研究内容
• 第二章 耦合场问题及其分析方法
• 2.1 有限元基本理论
• 2.2 ANSYS软件
• 2.3 耦合场分析概述
• 2.3.1 耦合场分析的定义
• 2.3.2 耦合场分析的类型
• 2.3.3 直接法与序贯法的应用场合
• 2.3.4 物理环境
• 2.3.5 一般分析步骤
• 2.4 本章小结
• 第三章 环模有限元分析的本构关系
• 3.1 弹塑性理论
• 3.1.1 变形基本特征
• 3.1.2 弹塑性力学内容
• 3.1.3 弹塑性力学的发展史
• 3.1.4 弹塑性力学基本假设
• 3.1.5 金属材料塑性变形特征
• 3.1.6 塑性增量理论的基本原则
• 3.2 热弹塑性本构方程
• 3.3 本章小结
• 第四章 参数化设计与建模
• 4.1 参数化设计概述
• 4.2 参数化设计的含义
• 4.3 参数化设计的常见形式及发展现状
• 4.4 参数化设计的特点
• 4.5 参数化设计的关键技术
• 4.6 基于三维模型的参数化设计
• 4.7 Pro/Engineer参数化设计
• 4.7.1 Pro/Engineer简介
• 4.7.2 参数化造型
• 4.7.3 环模的参数化设计
• 4.8 本章小结
• 第五章 温度场模拟
• 5.1 三维稳态传热
• 5.1.1 三维稳态导热方程
• 5.1.2 温度场的边值条件
• 5.2 稳态热传导问题
• 5.3 热变形与热应力计算
• 5.4 环模的温度场有限元模拟
• 5.4.1 几何模型的建立
• 5.4.2 网格划分
• 5.5 计算结果及分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 环模耦合场数值模拟
• 6.1 数值模拟场的转化
• 6.1.1 数值模拟模块转化
• 6.1.2 材料参数
• 6.1.3 约束与载荷
• 6.2 计算结果及分析
• 6.3 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的文章
• 科研情况
• 学位论文评阅及答辩情况表