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生物质固化成型制品表面裂纹研究

陈晓青  
【摘要】: 生物质能是一种重要的可再生能源,具有产量大、可储存、二氧化碳零排放等优点。生物质能的开发是解决当今世界能源紧张和环境治理的一条新途径。生物质固化成型技术是将农作物秸秆、稻壳、木屑等松散生物质废弃物压缩成具有一定形状、密度大、能量度高的固体成型燃料。将松散生物质致密化能显著提高生物质的性能,提高其容重和热值,改善燃烧性能,成为商品能源。利用该技术制得的生物质制品品位高、密度大、易运输、易储存、使用方便。然而,制品制成后极易出现开裂、变形等现象。这严重削弱了制品的密实度、耐久性、抗渗水性等物理特性,也不宜运输及储存。同时裂纹还影响制品的美观度,降低产品质量,有悖于发展高品位生物质能的初衷,制约了生物质能的推广利用及市场化。 本文针对以上问题,通过生物质固化成型试验,进行成型制品的表面裂纹实验研究;基于弹塑性力学及流变学等理论,以液压式固化成型机为例,应用有限元法的计算机辅助工程分析技术,建立成型模具的力学模型,对成型过程进行数值模拟,寻找其应力及形变规律,探讨裂纹形成的根本原因;鉴于制品在挤压成型过程中产生非线性流变学行为,导致脱模后裂纹继续扩展,文中深入研究了生物质材料的蠕变松弛现象及弹性后效产生机理,在分析影响裂纹形成的内外因素的基础上,提出保压脱模可有效防治裂纹。并通过对实际工况下边界条件的简化处理,基于有限元接触式分析方法,对安装保型筒的生物质成型过程进行模拟分析。对比没有保型装置时的制品表面裂纹情况,验证保压脱模对改善制品表面裂纹的显著作用。 文章用五章的篇幅,从生物质固化成型机理、成型技术、成型试验、建立模型到成型过程数值分析,逐步深入层层展开,详细阐述制品裂纹的形成、发展到改善的相关理论,分析裂纹的产生原因及减少措施。重点探讨了脱模后的残余应力及保压脱模问题,提出弹性后效应力是制品脱模后所受的主要残余应力,论述了保压脱模的作用。与试验结果进行比较,验证了该理论的应用及处理方法的正确性。最后综述了全文的工作要点,并对今后的发展作了进一步展望。


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