羊草可压缩性及其应力松弛特性的虚拟样机分析研究

农业纤维物料属于粘弹性生物物料,其压缩流变特性必然会对农业纤维物料的压缩工艺、压缩设备和压缩后产品的质量等有影响。因此,弄清这些特性对了解被压缩物料的流变特性、压缩理论的研究、压缩工艺的选择以及压缩设备的研制、优化等尤为重要。本论文针对目前对农业纤维物料压缩流变特性研究中存在的不足,通过试验和理论分析,对羊草的可压缩性及应力松弛特性进行了研究。对影响羊草可压缩性和应力松弛特性的主要因素进行了系统的试验研究和分析,并分别找到了参数间的定量关系。在此基础上,利用虚拟样机技术对羊草的应力松弛特性进行了仿真。通过试验研究、理论分析和仿真,获得了如下结论。 (1)获得了羊草的可压缩性规律。得出了压缩密度、压缩速度和初始密度对羊草可压缩性的影响规律。压缩密度越大,羊草的可压缩性越小,且当压缩密度大于200kg/m3时,羊草的可压缩性迅速下降。当压缩密度较小时,不同压缩速度和初始密度对羊草可压缩性的影响较小。当压缩密度约大于200kg/m3时,相对于同一压缩密度,压缩速度越大,羊草的可压缩性相对越好,而初始密度越大,羊草的可压缩性越小。当相对于同一压缩速度时,初始密度越大,羊草的可压缩性随压缩密度的增加而减小的速度越快。 (2)获得了羊草的最佳压缩密度范围。结合羊草的可压缩特性,分析得出了羊草不同初始密度和压缩速度下的最佳压缩密度范围为200～300kg/m3。 (3)获得了羊草的应力松弛规律。得出了不同初始密度和不同压缩密度下羊草的应力松弛规律,建立了羊草应力松弛的流变模型,为两个Maxwell模型和一个平衡弹簧并联的形式,即羊草应力松弛本构方程形式为( ) (4)当压缩密度较高(≥400kg/m3)时,可以根据应力瞬降时间来确定压缩频率。通过研究发现,当压缩密度较高(≥400kg/m3)时羊草应力松弛过程中存在应力瞬降现象,且对于不同的初始密度,压缩密度越大,应力瞬降现象越明显,但均在羊草应力开始松弛1s内完成。在此基础上,分析并计算出不同初始密度时压缩羊草的最佳压缩频率。研究发现,当初始密度一定时,压缩频率随压缩密度的增加而减小;而当压缩密度一定时,初始密度对压缩频率的影响相对较小。 (5)建立了羊草应力松弛的虚拟样机模型。根据试验研究和理论分析结果,利用虚拟样机技术,建立了羊草应力松弛的虚拟样机模型,并验证了正确性。借助模型,分析了羊草应力松弛模型中各元件的应力及变形速度的变化规律。在此基础上,对羊草的应力松弛过程进行了仿真,从而可以实时地观察和分析羊草的应力松弛规律以及应力松弛模型中各元件的应力的变化规律。