含能材料同向双螺杆连续混合过程的安全性分析

发布时间：2020-05-12 05:15

【摘要】：含能材料在军事国防、航空以及民爆等领域有着广泛的应用,是现代武器系统主要的动力源。同向双螺杆具有混合稳定、设备运行可靠、混合量小等特点,同时安全性显著高于间歇式混合机,因此得到了广泛应用。本课题采用数值模拟方法,研究了含能材料在同向双螺杆连续混合过程中可能的安全问题。本课题运用Workbench的static structural模块对螺杆芯轴进行了静力分析,分析了不同芯轴在特定载荷约束条件下的应力与形变,进而研究了不同形状的芯轴在混合过程中的安全性。根据同向双螺杆的啮合原理以及含能材料的物理特性,设计了多种不同的螺杆元件,建立了螺杆元件流道的有限元模型,利用POLYFLOW软件对流道进行静态模拟,分析了其温度场、压力场以及剪切应力场,比较了其混合过程中的安全性。基于螺杆元件对混合过程安全性的影响组合了一种螺杆构型,并针对该构型研究了工艺条件对混合过程安全性的影响。模拟结果表明:渐开线花键芯轴的挠度、最大扭转角和最大应力值均比较小,具有较好的安全性;小导程螺纹元件的安全性能优于大导程螺纹元件;在四种错列角的捏合块元件中,错列角为60°的捏合块元件具有最好的安全性能;随着捏合盘厚度的增加,药浆所承受的加权平均剪切应力增强,最高温度值升高,其安全性能降低;反向螺纹元件和“S”型元件的安全性能较差,在设计螺杆构型时,应尽可能避免使用;随着转速的升高,螺杆流道内的压力、剪切应力和温度均上升,安全性明显下降,在混合含能材料时不应使用过高的螺杆转速;增大加料量,流道内的温度和剪切应力变化不大,进出口压差变小,但由于加料量的增加会使得含能材料中固体颗粒之间以及含能材料和机筒、螺杆之间产生摩擦的可能性增加,因此在实际生产中通常以较低产量即加料量的模式进行生产。
【图文】：

３８ＣｏＭｎＡｌＡ作为芯轴的材料，查得杨氏模拟Ｅ为２．１邋ｌｘｌ0ｎｐａ，泊松比ｕ＝0．２８２。逡逑在对芯轴进行约束和载荷的加载以及求解项的设置前，，需要建立圆柱坐标系，软逡逑件中的圆柱坐标系如图２－５所示。在坐标系的ｘ轴设置方向形变求解项计算芯轴的弯逡逑曲形变，在ｙ轴设置方向形变求解项计算扭转形变，同时设置应力求解项进行求解。逡逑Ｙ逡逑Ａ逡逑ｚ逡逑图２－５圆柱坐标系逡逑Ｆｉｇ．２－５邋Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ邋ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑施加每分钟３０转的最高转速，也就是３．１４ｒａｄ／ｓ的旋转速度；对芯轴与联轴器连逡逑接的部分进行位移约束，约束为ｘ、ｙ和ｚ三个方向的位移为零；对末端支撑面进行逡逑法向位移约束，设置无摩擦约束；对螺杆的头部施加减速箱单轴输出力矩３５０Ｎ＊ｍ；逡逑设置自重，重力方向为圆柱坐标系ｘ轴的正方向。芯轴所受的约束和载荷如图２－６所逡逑７Ｊｎ0逡逑Ｅ：邋Ｓｔａｔｉｃ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ逦（邋＾逡逑Ｓｔａｔｉｃ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ逦｜逡逑Ｔｌｍｅ：１．ｓ逡逑２０１８／４／９邋（Ｍ３逦，户’逡逑｜Ａ｜邋Ｓｔａｎｄａｒｄ邋Ｅａｒｔｈ邋Ｇｒａｖｉｔｙ：邋９８０６＾邋ｍｍ／ｓ１逡逑［ｂ］邋Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ邋Ｖｅｌｏｃｉｔｙ：邋３．１４邋ｒａｄ／ｓ逡逑［ｃｌ邋Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ逡逑柋邋Ｆｒｉｃｔｉｏｎｌｅｓｓ邋Ｓｕｐｐｏｒｔ逡逑W邋Ｍｏｍｅｎｔ：邋３５ｅ＋００５邋Ｎ－ｍｍ逦ｉ逦逡逑

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【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ560.1

【参考文献】

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本文编号：2659719