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沙生灌木颗粒致密成型过程力链特性研究

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随着经济的快速发展,我国能源需求增长迅速,大力发展生物质燃料能够缓解我国对化石能源的消耗,提高能源安全。生物质致密成型就是将分散的生物质原料加工成块状燃料以便于充分燃烧的技术,是常见的生物质利用方式。发展生物质致密成型技术,对加速农业发展进程和提高林业资源利用率等具有深刻影响。 为研究对沙柳颗粒致密成型过程中的力链特性,本文在采用PFC离散单元法的基础上,对力链的量化层面做出进一步研究。以颗粒主应力大于平均接触应力为标准,定义了形成力链的三个条件,使用fish语言进行编程,判断满足构成强力链条件的高应力颗粒,细化强弱力链之分。研究不同参数条件下,力链网络的整体变化。 首先,运用PFC2D软件,建立了长宽比为3:1的模具,颗粒间接触使用平行粘结模型,主要研究在不同轴向应变条件下力链强度、长度和接触数目的变化。研究结果表明:模型加载使得更多的高应力颗粒相互粘接形成强力链,部分弱力链也在外载荷作用下破碎重组生成强力链。随着应变的增大,长力链的变化规律不是很明显,短程力链变化较大。通过力链在不同应变下各个方向的接触数目可知,力链网络显示出很强的各向异性,较为集中的竖直方向力链为体系稳定性发挥了巨大作用。 其次,运用PFC3D软件,以3组孔隙率(0.28,0.30,0.32)和压缩速度(0.3mm/s,0.5mm/s,0.7mm/s)作为初始变化条件,探究其对模拟过程中力链特性的影响。研究发现:在孔隙率为0.30时,生成的力链数目最多,抗压强度峰值最小;反之在孔隙率为0.28时,生成的力链数目最少,抗压强度峰值最高。说明在模型加载过程中,颗粒体系内部生成的力链数量和抗压强度峰值大小成反比。另外,通过定义以上3组压缩速度,统计得到最终生成的强力链数量分别为247、252和268。说明随着压缩速度增大,强力链数目呈递增趋势,同时力链平均长度越来越短。 最后,通过对二维和三维状态下模拟得出的力链结构特征进行对比分析。发现在二维状态下力链的优点是可视化效果较好,三维状态下力链的优点是可以进行多维度空间分析。在使用fish语言监测下,系统能量变化与预期基本吻合,证明了颗粒物质的细观反应与能量变化总是同时发生的。

李志强

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沙柳颗粒 致密成型 力链特性 轴向应变 压缩速度

硕士

机械工程

李震

2023

内蒙古科技大学

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