【摘要】：每年田間均產(chǎn)出大量的玉米秸稈等生物質(zhì)資源,但該類資源因利用困難大部分被浪費(fèi)或就地焚燒,主要由于秸稈類資源具有密度低、運(yùn)輸不便、運(yùn)輸成本高等缺點(diǎn),因此秸稈類資源的致密加工迫在眉睫。針對目前秸稈粉料成型機(jī)理不明確導(dǎo)致難以大范圍推廣秸稈壓塊機(jī)或制粒機(jī)的情況,本文進(jìn)行了秸稈致密成型過程應(yīng)力松弛過程力學(xué)行為的研究和成型機(jī)理分析,旨在進(jìn)一步加深對秸稈成型過程的認(rèn)識,為設(shè)計(jì)新型成型機(jī)構(gòu)和模具提供理論基礎(chǔ)。為了研究玉米秸稈粉碎后在單�？啄＞邇�(nèi)單向受壓狀態(tài)下的微觀力學(xué)行為和成型機(jī)理,經(jīng)分析后選擇了適用于離散顆粒物料數(shù)值模擬的離散元方法來模擬該致密成型過程。本文的主要研究內(nèi)容：(1)離散元方法理論研究與模型建立。研究了離散元方法的基本求解思路、顆粒間接觸理論以及簡化后的軟球模型。參照單�？字旅艹尚驮囼�(yàn)建立了以軟球模型來描述顆粒間接觸的秸稈粉料顆粒體系的三維離散元模擬模型,該模型的邊界約束條件與單�？壮尚湍＞叩膸缀芜吔鐥l件及尺寸相一致,并且壓縮加載條件一致。(2)模擬顆粒力學(xué)特性參數(shù)值的反求。在離散元模型中,粉料顆粒間的法向剛度系數(shù)kn,切向剛度系數(shù)ks以及摩擦系數(shù)μ的值是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)調(diào)試得出的取值范圍,在該范圍內(nèi)取不同值時(shí)壓縮力差距較大,因此利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多組離散元模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)擬合,并進(jìn)行參數(shù)值的反求。(3)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)及參數(shù)分析。進(jìn)行驗(yàn)證性單�？壮尚驮囼�(yàn),經(jīng)數(shù)據(jù)比對與假設(shè)檢驗(yàn),認(rèn)為離散元模擬數(shù)據(jù)與試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)一致性較好。得出顆粒力學(xué)特性參數(shù)的最佳取值范圍,分別為kn=(1.2～1.8)×104N/m,ks=(0.8～1.3)×104N/m,μ=0.10～0.12。(4)離散元方法的應(yīng)用。通過分析離散元模擬得出的不同的壓桿下壓速度、壓縮位移、成型腔孔徑以及錐面錐角下的壓縮與應(yīng)力松弛曲線,壓縮速度的影響可以忽略不計(jì),建議成型模具選用孔徑Φd=8mm,錐角θ=45°,并且應(yīng)該盡量增大壓桿壓縮位移,來增加秸稈壓塊的穩(wěn)定性。(5)對隨機(jī)選取的顆粒單元和接觸壁進(jìn)行運(yùn)動(dòng)情況及受力分析。得出在致密成型過程中,停止加載后,成型塊內(nèi)部的粉料體系并不會立即停止運(yùn)動(dòng),會發(fā)生應(yīng)力松弛現(xiàn)象,直至達(dá)到平衡應(yīng)力；成型過程中壓桿端面與錐角受力較大,應(yīng)提升其材料性能。本文基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反求參數(shù)和離散元方法的玉米秸稈粉料致密成型過程研究,為秸稈類生物質(zhì)資源的成型機(jī)理研究及參數(shù)分析提供了一種新的有效的研究方法。
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S216.2

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本文編號：2774530