基于ANSYS的生物质成型关键部件动静态特性研究

生物质成型技术可为其它的生物质能综合利用技术提供原料供给。生物质能是一种重要的可再生能源,其高效开发利用有助于改善生态环境、缓解世界能源供应紧缺的现状。世界各国高度重视开发生物质成型技术,但该技术目前还存在一些发展瓶颈,如成型设备生产能耗高、成品质量参差不齐、关键部件使用寿命短、设备振动噪声过大等。这些存在的问题指引着成型技术今后的发展方向。 本文通过研究生物质成型设备的能量消耗特点和结构破坏形式,运用弹塑性力学、接触力学、粘弹性理论知识对成型过程进行数值模拟,得到生物质原料在成型过程中的形变、流变规律。研究发现,生物质原料在棱角处的流动速度明显滞后于其它部位,这是生物质成品发生棱角撕裂倒钝现象的主要原因。运用ANSYS程序的静力分析模块对环模的应力分布进行了数值研究,得到环模发生材料剥落现象的原因是环模棱角处产生的应力集中现象。然后根据生物质成品棱角撕裂倒钝现象提出孔型改进方案,研究表明对模孔棱角倒圆处理后,环模与生物质成品在棱角处的应力值均减小,不但使应力沿周向分布均匀合理,改善模孔受力状况,而且为模孔孔型优化设计、降低成型设备能耗提供了理论依据。 主轴部件是设备运行过程中产生疲劳破坏的主要部件,本文通过建立主轴部件的动力学运动方程与质量矩阵对其动力响应特性进行分析研究。首先,对系统固有频率及振型进行了详细描述与分析,得到主轴部件的临界转速为3665.52r/min,分析结果表明其工作转速远低于临界转速,能有效避开共振区域。其次,本文运用振型叠加原理重点分析了主轴部件在承受简谐变化的成型压力时的动态响应情况,得到在工作载荷频率下主轴部件的最大响应位移为1.25×10-3m、最大响应应力为156MPa。最后,通过对比研究,得到主轴结构支撑跨距对其动态响应特性的影响规律,在将支撑跨距由480mm降低为430mm的过程中,结构最大应力和最大位移响应均呈上升趋势,结构稳定性降低。 本文利用ANSYS程序对成型设备力学性能以及振动响应特性进行了系统地量化分析。结合生物质成型压力、成型过程应力-应变关系实验研究,对实验结果进行理论分析验证,揭示了生物质成型过程中的应力变化规律。得到结构在工作载荷下的稳态响应规律,为成型设备的系统结构优化、可靠性分析奠定了理论基础。