柠条可压缩性及应力松弛特性的研究

论文摘要

本文选择柠条为研究对象,对揉碎后柠条的可压缩性及应力松弛特性进行了试验研究,并对影响柠条可压缩性及应力松弛特性的主要因素进行了系统分析,获得了揉碎后柠条的可压缩性及应力松弛规律。在此基础上,基于虚拟样机技术及有限元法对柠条可压缩性及应力松弛特性进行了仿真分析。本研究的主要内容及取得的成果如下:(1)以温度为研究因素,在自行研制的温度可调压缩试验装置上,对揉碎后柠条的可压缩性进行了试验研究。试验结果表明,柠条在压缩过程中可分为松散和压紧两个阶段,获得了柠条压缩过程中压力与压缩密度以及体积模量与压缩密度的函数关系。并且在压紧阶段结合粘弹性理论,建立了描述柠条在压缩过程中的非线性流变模型,通过验证试验证实了模型的正确性。(2)在单因素试验的基础上,选取物料温度、含水率、喂入量为因素,进行多因素正交试验研究。结果表明,柠条的可压缩性随温度和含水率的增加而提高,随喂入量的增加而降低。通过极差及方差分析,获得了温度、含水率及喂入量对试验指标影响的主次关系及因素之间交互作用的影响规律。(3)基于虚拟样机技术,在ADAMS软件平台上建立了柠条压缩过程的仿真模型,通过建立样条函数施加预载荷和驱动实现了柠条在整个压紧阶段压缩过程的仿真。通过模型的验证,说明所建仿真模型能较好地模拟柠条压缩过程中应力—应变关系。(4)选取温度和压缩密度为试验因素,对揉碎后柠条进行应力松弛试验。结果表明,应力松弛过程存在明显的两个阶段,开始阶段应力下降较快;之后应力下降速度平缓且最终趋于不变。温度对柠条的应力松弛特性有影响,随着温度的升高,应力松弛时间减小,反之增加。在此基础上,基于粘弹性理论,采取模型理论和经验模型相结合的方法,建立了柠条压缩的应力松弛流变模型及本构方程。(5)基于有限元法,利用ANSYS软件模拟了物料块的应力松弛规律及其内部各点位移、应力的分布变化规律。结果表明,在应力松弛的初期模型中心处节点密度较大,圆周处密度相对较小,而在松弛后期与之相反。节点轴向力、径向力均随时间的增加而减小,而且节点应力变化速率在中心区域小于圆周处。同时模型侧壁总的节点反力随时间逐渐减小,且在松弛的初期节点反力急剧变化,而后节点反力变化缓慢,与轴向应力松弛规律相似。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 柠条的加工利用概述
• 1.2 柠条饲料的利用及加工现状
• 1.2.1 柠条饲料利用的重要意义
• 1.2.2 柠条饲料加工利用现状
• 1.3 国内外草物料压缩加工研究进展
• 1.3.1 压力与压缩密度的关系及其影响因素的研究
• 1.3.2 压缩过程中流变特性的研究
• 1.3.3 压缩过程的数值模拟及仿真分析
• 1.4 物料压缩的非线性流变模型研究概况
• 1.5 目前研究存在的问题
• 1.6 研究的主要内容和方法
• 1.6.1 柠条可压缩性研究
• 1.6.2 柠条压缩的非线性流变模型的建立与仿真
• 1.6.3 柠条压缩的应力松弛试验研究及有限元分析
• 2 柠条可压缩性研究
• 2.1 柠条压缩的单因素试验研究
• 2.1.1 试验材料
• 2.1.2 试验设备
• 2.1.3 试验因素及水平
• 2.1.4 压缩室内物料的传热试验
• 2.1.5 试验方法
• 2.1.6 柠条可压缩性试验研究
• 2.1.7 温度对柠条可压缩性影响分析
• 2.2 柠条压缩的多因素正交试验研究
• 2.2.1 试验材料和设备
• 2.2.2 试验因素及水平
• 2.2.3 试验及研究方法
• 2.2.4 结果分析
• 2.3 小结
• 3 柠条压缩流变模型的建立与仿真
• 3.1 压力与应变的关系
• 3.1.1 松散阶段的一般力学模型
• 3.1.2 压紧阶段的力学流变模型
• 3.1.3 压缩流变模型的验证
• 3.2 基于ADAMS虚拟样机技术的压缩过程分析
• 3.2.1 基于ADAMS农业纤维物料压缩的相关研究
• 3.2.2 基于ADAMS的柠条压缩模型的建立与仿真
• 3.3 小结
• 4 柠条应力松弛特性试验研究及有限元分析
• 4.1 柠条压缩的应力松弛特性试验研究
• 4.1.1 试验材料及设备
• 4.1.2 试验因素水平选择
• 4.1.3 试验方法
• 4.1.4 试验结果及分析
• 4.2 柠条应力松弛特性的有限元分析
• 4.2.1 有限元方法在草物料压缩研究中的应用现状
• 4.2.2 基于ANSYS的柠条应力松弛特性的有限元分析
• 4.3 小结
• 5 结论
• 6 展望
• 7 创新点
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者简介