生物质压缩成型过程模型研究现状

作者:李震;闫莉;高雨航;王宏强;王鹏; 刊名:科学技术与工程 上传者:王俊豪

【摘要】概述了国内外生物质压缩成型模型研究现状,就生物质压缩成型的四个阶段分别论述并分析了在每个阶段所使用的力学模型,将各个模型的适用条件进行比较。发现传统的模型分为表示压力与变形关系的黏弹塑性模型和描述压力与压缩密度的数学模型,其中黏弹塑性模型较为常见。此外还有无须确定屈服面主要研究生物质内部特性以内时理论为基础的热黏塑性本构模型和以热力学理论为基础、以唯象法为原理、以自由能形式推导,通过内变量连续地描述材料的各种变形的黏弹塑性统一本构模型。其不以屈服面存在与否为前提,可以用一组方程描述材料的全部变形过程,指出了力学模型新的研究方向。

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第 19 卷 第 12 期 2019 年 4 月 1671—1815( 2019) 012-0001-07 科 学 技 术 与 工 程 Science Technology and Engineering Vol. 19 No. 12 Apr. 2019  2019 Sci. Tech. Engrg. 引用格式: 李 震,闫 莉,高雨航,等. 生物质压缩成型过程模型研究现状[J]. 科学技术与工程,2019,19( 12) : 1-7 Li Zhen,Yan Li,Gao Yuhang,et al. Research status on biomass compression molding process model[J]. Science Technology and Engineer-ing,2019,19( 12) : 1-7 农业科学 生物质压缩成型过程模型研究现状 李 震 闫 莉 高雨航 王宏强 王 鹏 ( 内蒙古科技大学机械学院,包头 014010) 摘 要 概述了国内外生物质压缩成型模型研究现状,就生物质压缩成型的四个阶段分别论述并分析了在每个阶段所使用的力学模型,将各个模型的适用条件进行比较。发现传统的模型分为表示压力与变形关系的黏弹塑性模型和描述压力与压缩密度的数学模型,其中黏弹塑性模型较为常见。此外还有无须确定屈服面主要研究生物质内部特性以内时理论为基础的热黏塑性本构模型和以热力学理论为基础、以唯象法为原理、以自由能形式推导,通过内变量连续地描述材料的各种变形的黏弹塑性统一本构模型。其不以屈服面存在与否为前提,可以用一组方程描述材料的全部变形过程,指出了力学模型新的研究方向。 关键词 压缩成型 力学模型 内时理论 应力松弛中图法分类号 S216. 2; 文献标志码 A 2018 年 10 月 16 日收到 国家自然科学基金( 51666016) 和内蒙古自治区自然科学基金( 2016MS0544) 资助第一作者简介: 李 震( 1973—) ,男,山西山阴人,博士,教授,硕士研究生导师。研究方向: 生物质致密成型技术。E-mail: lizhen_730106 @126. com。 生物质能是一种新型的可再生环保绿色能源,中国生物质资源丰富,主要包括薪柴、农作物秸秆林业剩余物和林产品加工的下脚料[1]。目前生物质压缩成型的方法有螺旋挤压式、活塞冲压式和模辊式,其中模辊式又分为平模和环模。每种成型方式都有各自的优缺点和适用工况,但环模压缩成型应用范围较广且效率高。 生物质压缩成型过程的研究已取得了一系列成果,文献[2]对环模制粒机制粒过程进行力学分析,建立了环模扭矩力学模型,并以此模型为依据,具体分析了物料特性和环模、压辊的结构参数对环模扭矩的影响规律。孙启新等[3]以小麦、水稻和玉米秸秆为研究对象,运用内时理论,构建了不以屈服面为前提的秸秆类生物质压缩成型内时本构方程。Pe-leg[4]通过对农业纤维物料压缩试验研究,建立了描述非线性黏塑性固体材料流变特性的统一本构模型,模型是通过一个非线性弹簧串联一个由线性弹簧、阻尼器和摩擦块组成的并联体组成。文献[5]以稻壳为研究对象,采用最小二乘支持向量机,建立了一种不考虑原料粒径的稻壳压缩成型过程模型, 研究含水率和成型温度对成型燃料松弛密度的影响。李永奎等[6]研究了在单模孔的实验情况下,粉碎后的玉米秸秆的压缩过程,确定了用软球模型来模拟成型过程的离散单元法的可行性。霍丽丽等[7]以秸秆和木屑为原料,建立生物质颗粒成型燃料的黏弹性本构模型,从力学角度对生物质颗粒成型燃料的压缩成型

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