苜蓿压捆过程中的粘弹性力学行为及仿真分析

为进一步探索草物料的压缩理论,在压捆试验台上对含水率为17%的紫花苜蓿进行整株压缩。在压捆室不同截面下,分别进行应力松弛试验及移动过程压缩试验。采用虚拟仪器数据采集系统,记录试验过程中的压缩力、草片在压捆室内的移动及草片厚度变化量。采用逐次余数法对应力松弛试验数据进行处理,获得不同截面下草片的粘弹性力学模型,其模型均为3个麦克斯威尔单元(Maxwell Element)构成的广义麦克斯威尔模型。基于该模型,应用粘弹性力学理论,获得松弛函数及蠕变函数,建立苜蓿草片的微分型和积分型本构方程。在此基础上,以Matlab及Simulink仿真软件为平台,建立本构方程的仿真模型。在对直接压缩后的应力松弛试验进行仿真时,仿真曲线与试验数据吻合较好,说明采用粘弹性力学模型描述草片的力学行为是合理的。为比较不同截面草片的应力松弛规律,取各模型松弛应力起始值相同,仿真发现:0～3s内,截面为360㎜×460㎜的草片模型应力松弛的最快;在3～6s内,截面为385㎜×460㎜的草片应力下降为最小;在松弛了约10s后,截面为510㎜×460㎜的草片应力下降最为迅速。说明截面变化对应力松弛规律有影响,在压捆机的设计过程中,压捆室截面的确定要考虑压缩频率的影响,反之亦然。通过仿真移动过程中第一片草片应变随时间的变化,及移动全过程应力随时间的变化,可得到与草片实际变形过程相近的变形规律。