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秸秆类生物质固化成型有限元模拟一

2020-07-26 05:32:52

秸秆类生物质资源非常丰富,但作为一种能源,存在松散、形态各异、能量密度小、运输不便、储存和使用占用空间大的缺点,这是制约现有生物质规模化利用的“瓶颈”
秸秆类生物质固化成型有限元模拟一

0、引言

? 秸秆类生物质资源非常丰富,但作为一种能源,存在松散、形态各异、能量密度小、运输不便、储存和使用占用空间大的缺点,这是制约现有生物质规模化利用的“瓶颈”,松散生物质属于可压缩材料,致密化即固化成型是提高松散生物质制品性能的关键.目前国内外生物质固化成型方法虽有多种,但其成型基础为:生物质材料中含有“木质素”,在成型过程中“木质素”在一定的温度和压力下产生“软化”、“熔融”,然后施加一定压力将松散生物质压制成型,对于热压成型的生物质成型工艺存在着:高温加热与压制需要较高的压力,能耗大,并加剧机械磨损、螺杆挤压头寿命短等问题.对不同生物质在不同压力、不同温度条件下的成型机理、成型密度的研究,涉及因素较多、条件复杂,为从机理、功能、技术和系统配套上有效解决上述生物质能开发过程中存在的问题和技术难点,利用有限元法对生物质成型过程进行模拟,以研究生物质成型的机理和揭示在成形过程中的应力应变及其历史演化规律,用于指导生产实践,现在被大多数人采用的是环模式的颗粒机www.ftxny.com秸秆压块机等生物质成型设备。

? 生物质原料在成型前要粉碎成粉状,其应属于非连续介质,研究方法应为非连续介质力学,即从粉末的微观特性出发,把粉末体视为颗粒的集合体,建立单个颗粒变形行为与粉末集合体宏观变形行为间的联系,这时其整体变形符合质量不变定律,颗粒变形遵循体积不变原则.但由于非连续介质力学的基本理论还很不完善,使其在工程上的应用受到一定的限制,为研究问题的方便,将材料视为“可压缩的连续体”,从而可以用连续体塑性力学的理论来研究可压缩材料的变形行为,此外,由于粉末体与土体的性质有重要的相似性,即屈服过程伴随有体积变化.试图从土塑性力学理论出发,寻找建立可压缩材料变形过程的力学模型。400颗粒机1、力学模型的建立

? 应用大型有限元软件ANSYS模拟螺旋式压缩成型过程进行研究,按物料的不同其受力情况可分为3段,即输送段、挤压段、保型段,选取成型的主要阶段挤压段作为研究对象.

1.1模型类型的确立

? 生物质在输送段,由于加热和螺杆的挤压作用,松散的物料到达挤压阶段近乎粘连在一起,从宏观上可视为连续介质,根据其变化情况可视作弹塑性模型。

1.2几何模型的确立

? 在建立几何模型时,对实际物体的结构进行简化,将衬套和其外体合二为一,只建1个模型,且只取挤压段.被挤压物料在加工过程中是连续的,取其中1段进行研究,其大小为0.018 m×0.025 m.

1.3材料参数

? 以木屑作为要模拟的对象.整个挤压模型有挤压模和木屑组成,但考虑到模型中存在接触副,在运动当中会有摩擦产生,因此,建立3种材料模型,相应的材料编号为1,2,3.因为研究的主要目的是模拟挤压过程中的应力场,分析在挤压过程中木屑的受力情况,探讨其变形趋势.因此,分析中的自由度主要包括平面位移X,y.表1给出了各材料参数.

1.4网格划分

1.4.1单元的选取
压缩成型过程中主要涉及到结构分析问题,并考虑温度导致的膨胀而引起的热应力,在考虑选择单元时只选取有空间自由度的单元,拟采用ANSYS中的plane82.plane82是8节点的高阶二维平面单元,它有较高的模拟精度、好的协调位移形状,非常适合模拟弯曲的边界,这个单元有塑性、蠕变、刚度硬化、大应变能力。 投稿:
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