利用anasys分析秸秆的压缩过程

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1、利用ANASYS分析秸秆的压缩过程　　引言　　能源与环境两大难题对人类今后发展造成了不可估量的压力:一方面，能源作为全球经济发展最为重要的动力将在不久的未来消耗殆尽;另一方面，传统能源在日常使用中给全世界人民带来了各种污染。　　生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，它以生物质(通过光合作用而形成的各种有机体)为载体，直接或间接地于绿色植物的光合作用。生物质资源的可再生性和环保性可以完美地克服上述化石能源的两个致命缺点。因此，开发生物质能是实现社会可持续发展的必由之路。　　1总体阐述

2、　　五柱塞秸秆燃料成型机是在原有三柱塞式基础上加以改进，在生物质成型过程中还存在很多问题，如成品出现裂纹、秸秆块成型不实、能耗过高等。本研究的目的就是为了进一步增大生物质燃料的产量，降低能耗，在此基础上针对五柱塞秸秆燃料成型机的秸秆压缩成型过程进行分析，具体步骤为:成型过程模型建立;利用ANASYS进行应力、流动、剪应力分析;模具锥形孔角度对秸秆成型影响。2模型的建立秸秆原料经过粉碎成颗粒状后通过活塞式冲压。。　　成型，根据不同受力情况可分为输送、挤压、成型3个过程。秸秆颗粒在成型过程中受到热和力

3、作用，性质变得较为复杂。所以，选取挤压阶段为主要分析对象，将其中一些影响生物质成型的次要因素省略，抓住最主要的性质。模型建立原则如下:秸秆颗粒在挤压成型阶段受到热和力作用，由于木质素熔融颗粒粘黏在一起，可以把单个颗粒变形视为一个集合体变形，即将其视为连续介质。根据SolidentType)设置为面-面(Surface-to-Surface)。　　2．6添加载荷与约束　　玉米秸秆在压缩成型过程中受温度、力、含水率等条件影响。秸秆顶部上方添加Y方向垂直向下位移作为载荷。因为模具为轴对称形式，为了方便计

4、算机运算，固将模型简化为1/2轴对称模型进行载荷与约束添加。约束与载荷分布如图2所示。【图2略】　　　　定义新的分析(Neiddot;ncontrol中Largedisplacement选项，再将线性搜索(LineSearch)打开，有利于计算平稳。　　　　3秸秆压缩过程分析　　3．1秸秆压缩成型应力变化过程　　图3反映了秸秆在压缩过程中等效应力变化过程。秸秆材料进入模具开始挤压时，成型块大部分区域等效应力变化不明显。随着挤压面积增大，秸秆颗粒在摩擦力和剪应力作用下相互挤压成型，成型区域内应力主要

5、集中在模具锥形孔范围。在挤压过程中秸秆颗粒表面与模具接触处的应力比中心大，引起应力分布不均匀的情况，容易产生表面裂纹等缺陷;而模具在图3中反映出较为容易磨损位置为锥形孔上端与下端，最大等效应力值为82．7MPa。【图3略】　　　　3．2秸秆压缩成型流动变化　　图4、图5由于轴对称挤压流动较为均匀，X格变形反映了材料受到模具挤压时的流动情况。可以看出，秸秆原料在x、y向上的X格均发生了明显变化，尤其与模具相接触区域变化更为明显。这是由于秸秆原料在压缩过程中与模具之间产生摩擦，导致中间区域略滞后于接触

6、区域。随着挤压过程的推移，中间部分变形逐渐恢复平稳，接触区域变形趋于稳定。【图4-5略】　　　　3．3秸秆压缩成型剪应力变化过程　　在秸秆挤压成型过程中，秸秆颗粒受到剪应力作用范围主要集中在模具锥形面接触区域。随着挤压成型过程推进，剪应力随之增大。秸秆块在挤压成型后，因剪应力的影响沿直径方向会产生弹性滞涨与膨胀，最后将导致秸秆块挤出后表面出现裂痕影响成型效果。如图6所示，剪应力的增大能提高秸秆块密度，但过大的剪应力又会导致秸秆块表面出现裂纹。模具锥形孔的角度直接影响着剪应力大小，选择合适的锥形孔角

7、度将有利于最终秸秆成型效果。【图6略】　　　　3．4模具锥形孔角度对秸秆成型影响　　通过分析秸秆在压缩过程中剪应力对其影响，可以得出模具锥形角在秸秆成型过程中起主要作用。在ANSYS软件中，在模型模具锥形孔角度分别为12°、15°、18°，材料属性、单元类型、接触对相同和载荷等参数不变的条件下进行模拟仿真，得出等效塑性应变图，如图7～图9所示。【图7-9略】　　　　4结果与讨论　　由于秸秆原料在压缩过程中与模具之间产生摩擦，导致中间区域略滞后于接触区域;并且当物料进入模具开

8、始挤压时，成型区域的内应力主要集中在模具锥形孔范围。在挤压过程中，秸秆颗粒表面与模具接触处的应力比中心大。其中，剪应力也随着挤压过程越来越大，因剪应力的影响沿直径方向会产生弹性滞涨与膨胀，导致挤出秸秆块表面出现裂痕。剪应力的增大能提高秸秆块密度，但过大的剪应力又会导致秸秆块表面出现裂纹。根据分析，模具锥形孔的角度直接影响着剪应力大小。当模具锥形孔为12°时，随着位移载荷增大，秸秆应力变形主要集中在中间部分;当在进入保型段时，秸秆颗粒向中间部位移动较少，中间变形不明显，容易造