基于多孔弹性介质理论的高浓纸浆力学行为研究

【摘要】：造纸术的发明促进了人类文化的传播,为世界文明的进步做出巨大贡献。随着造纸工业的快速发展,传统造纸工业存在的水耗、能耗大,原料浪费严重,造价昂贵等问题也越来越明显。为了解决这些问题,探索新的纸页成形方法是造纸工业重要的研究课题。其中,高浓成形技术是这一新方法的关键技术。纸浆纤维悬浮液的力学性能分析将对实验研究及关键设备的结构优化设计具有现实意义。多孔弹性介质理论体系已经在土力学、岩石力学、生物力学等行业得到应用。高浓纸浆作为多孔弹性介质的观点也已经被许多学者提出。目前,对于高浓纸浆的研究主要集中在高浓纸浆的物理性质、高浓纸浆的流态化、高浓成形的流体动力学以及高浓成形技术的应用这几个方面。本文运用多孔弹性介质理论、结合有限元仿真软件对高浓纸浆力学行为进行研究。对高浓纸浆在开式楔形区滤水浓缩过程进行了仿真模拟,重点对纸浆纤维的沉积情况进行了分析。并将模拟结果与文献中给出的纤维沉积分布情况进行对比,发现二者略有不同。这是由于,文献将高浓纸浆视为流体进行研究,提出的纸浆纤维分布情况,而本文是将高浓纸浆视为多孔弹性介质,通过有限元软件进行仿真模拟给出的纤维分布情况。对高浓纸浆在不同结构类型的锯齿形流道中的仿真模拟,得到了纸浆的孔压分布、Mises应力分布、位移分布以及孔隙比分布。根据模拟结果得出:突扩和渐缩组合型流道更利于纤维絮聚团的分散以及纤维均匀分布。这一结果与实验结果吻合。证明了基于多孔弹性介质理论、运用有限元分析软件对高浓纸浆进行模拟研究的正确性。