4.3秸稈壓縮過程的ANSYS分析
4.3.1秸稈物料的流變規(guī)律
秸稈物料受到擠壓作用后，發(fā)生了較大的變形，圖4-7為物料在模具中的擠壓變形情況。
從圖4-7中可以看到，由于秸稈物料和模具表面之間的摩擦力引起剪切應(yīng)力，致使靠近模具壁的網(wǎng)格發(fā)生了大的彎曲變形，中間秸稈物料受到的摩擦力小，所以網(wǎng)格變形小，流動(dòng)速度比靠近模具的快。隨著物料繼續(xù)被擠壓，物料與模具壁之間的摩擦力減小，兩側(cè)的變形變小，中間物料變形趨于穩(wěn)定，物料形狀趨于成型。
4-3.2應(yīng)力應(yīng)變的分布
圖4-8為物料在X方向的應(yīng)變分布。
1、由圖4-8可見，秸稈原料與模具錐面接觸處的應(yīng)變較大，秸稈原料中部位置應(yīng)變較小，其主要原因是受剪應(yīng)力的影響。當(dāng)秸稈原料通過模具錐面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力和剪應(yīng)變，促使與模具錐面接觸處的物料向成型腔中移動(dòng)，致使該處的秸稈原料應(yīng)變最大。
圖4-9為物料在Y方向的應(yīng)變分布。
從圖4-9中可以看出，Y方向應(yīng)變的最小值位于模具內(nèi)物料的中部，最大值在模具入口處物料中心處。靠近模具壁處的應(yīng)變較大，這是由于秸稈發(fā)生塑性變形，受到模具摩擦力作用流動(dòng)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，而模具中心部秸稈物料受到擠壓和摩擦力小向下流動(dòng)較快。
圖4-10為物料的等效塑性應(yīng)變分布。
由圖4-10可知，在X方向，秸稈物料在模具入口中心部塑性應(yīng)變最小，模具錐形角處的塑性應(yīng)變最大，中心秸稈物料塑性應(yīng)變比較均勻；這是因?yàn)樵赬方向，秸稈與模具錐面接觸處壓應(yīng)力比較集中，導(dǎo)致秸稈的塑性應(yīng)變較大：在Y方向，模具入口處秸稈物料塑性應(yīng)變最小，隨著物料的下移，靠底部和模具壁處的塑性應(yīng)變?cè)酱蟆＿@是由于模具錐面處存在剪應(yīng)力，導(dǎo)致受壓變形增大，塑性應(yīng)變也隨之增大。
圖4-11為物料的等效應(yīng)力分布。
從圖4-11中可以看出等效應(yīng)力在錐形角區(qū)域附近最大，這是由于物料在錐形區(qū)域受到的摩擦力和載荷最大，且與錐形角有很大關(guān)系，所以在設(shè)計(jì)
顆粒燃料致密成型機(jī)時(shí)，合理選擇模具的錐形角度也是到關(guān)系工作效率和擠壓模具壽命的重大問題。
摩擦力是秸稈物料致密成型的關(guān)鍵因素之一。圖4-12為秸稈在擠壓過程中邊界摩擦應(yīng)力分布。
由圖4-12可知秸稈物料在錐形區(qū)摩擦力最大。秸稈物料在壓力的作用下慢慢進(jìn)入模具，與模具壁產(chǎn)生摩擦，在錐形區(qū)上端摩擦力較小；隨著擠壓繼續(xù)進(jìn)行，當(dāng)物料進(jìn)入錐形區(qū)下端時(shí)，摩擦力增大，并在錐形角處摩擦力值達(dá)到最大。過了錐形區(qū)域進(jìn)入保型孔，摩擦力迅速減小并趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)橹旅艹尚烷_始時(shí)秸稈物料以壓實(shí)為主，物料經(jīng)擠壓塑性變形的增加；摩擦力迅速增大，在錐形角附近，模具壁側(cè)壓力最大，所受載荷和摩擦力達(dá)到最大，當(dāng)物料進(jìn)入保型孔后，側(cè)壓力減小使摩擦力下降并趨于穩(wěn)定。
4.4本章小結(jié)
本章應(yīng)用ANSYS對(duì)秸稈致密成型進(jìn)行了模擬。建立了壓縮幾何模型，合理的劃分了網(wǎng)格，恰當(dāng)?shù)亩x了接觸分析和邊界條件，然后進(jìn)行求解得出物料的流變規(guī)律以及應(yīng)力應(yīng)變、摩擦力分布，具體內(nèi)容如下：
1)分析了秸稈物料在模具內(nèi)的流變規(guī)律，由于剪切力的存在，致使靠近模具壁的地方發(fā)生了橫向變形，中間秸稈物料的流動(dòng)速度比靠近模具的快。
2)對(duì)秸稈致密成型的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了分析。在擠壓過程中，秸稈與模具內(nèi)壁的摩擦力作用以及靜水壓力的改變，造成秸稈成型塊應(yīng)力應(yīng)變分布的不均勻，易出現(xiàn)成型表面裂紋等缺陷。等效應(yīng)變隨相對(duì)密度的增大而增加，擠壓力也增加，在模具錐形脛錐角處，其等效應(yīng)力應(yīng)變達(dá)到最大值。
3)通過對(duì)秸稈致密成型分析，發(fā)現(xiàn)不同位移時(shí)摩擦力的大小發(fā)生了變化，在模具錐形角處摩擦力最大，到成型孔中摩擦力減小隨后便趨于穩(wěn)定。
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