煤饼捣固过程修正Duncan-Chang本构模型及数值计算研究

发布时间：2023-01-26 03:17

　　捣固炼焦可以在原料中配入较多弱黏性煤并获得高质量焦炭,在炼焦资源日益紧张的今天有着广阔的前景。捣固炼焦的核心是将煤粉压实成煤饼的捣固工况。然而由于煤饼捣固过程研究的不足,致使当前捣固各相关设备的设计欠缺理论支撑,仍以经验类比为主,是制约行业发展的瓶颈。当前捣固过程计算采用的离散介质法不能适应实际煤饼颗粒规模,无法为工程设计提供足够依据；而若采用连续介质法计算,又难以找到适用于煤饼捣固过程工程计算的本构关系模型。针对这一情况,课题围绕煤饼捣固过程的数值计算问题,采用有限元法,通过建立合适的本构模型、现场实验与分析、探寻计算方法等研究,实现了煤饼捣固过程的定量描述,使改进捣固相关设备的设计成为可能;并以之为基础为相关设备的工程设计、分析和改进提供理论支撑,为捣固炼焦的进一步发展奠定了基础。课题主要研究工作如下：（1）建立了用于捣固煤饼过程计算的本构关系模型。该模型以土力学中弹性非线性Duncan-Chang本构模型为基础进行修正,在保留其工程易用性的同时,通过融入粘弹性力学中的Kelvin和Maxwell模型的结构使其具备了材料阻尼等动力性质,从而为采用有限元法计算煤饼捣固过程奠定了理论基... 

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 背景
        1.1.1 炼焦业与捣固炼焦
        1.1.2 捣固炼焦设备及工艺
    1.2 研究综述
        1.2.1 捣固炼焦的发展综述
        1.2.2 捣固设备设计问题和煤饼捣固过程研究综述
        1.2.3 适于捣固煤饼分析的本构模型综述
    1.3 本课题研究目的、内容和意义
        1.3.0 问题的提出
        1.3.1 研究目的和内容
        1.3.2 研究意义
    1.4 论文研究思路和组织结构
2 建立动力化修正Duncan-Chang模型
    2.1 引言
    2.2 Duncan-Chang弹性非线性模型
        2.2.1 捣固煤饼过程计算与Duncan-Chang模型
        2.2.2 Duncan-Chang模型介绍
        2.2.3 修正Duncan-Chang模型研究综述
    2.3 建立修正模型
        2.3.1 Duncan-Chang模型动力化修正思路
        2.3.2 粘弹性本构模型的三维化方法
        2.3.3 建立Duncan-Kelvin模型
        2.3.4 建立Duncan-Maxwell模型
        2.3.5 建立Duncan-Kelvin-Maxwell模型
    2.4 本章小结
3 捣固载荷现场测试及煤饼的三轴特性
    3.1 引言
    3.2 测试总体思路
    3.3 捣固载荷与结构应力测试
        3.3.1 压力传感器
        3.3.2 采样频率与测试系统
        3.3.3 测试过程
        3.3.4 测试结果
    3.4 捣固前后煤饼三轴特性
        3.4.1 测试仪器
        3.4.2 参数确定方法
        3.4.3 测试过程与结果
    3.5 本章小结
4 捣固煤饼过程动力计算
    4.1 引言
    4.2 捣固过程计算方法
        4.2.1 土体动力特性计算概述
        4.2.2 捣固过程计算的动力学方法
        4.2.3 材料非线性的计算方法
        4.2.4 自定义材料UMAT函数的流程
        4.2.5 修正Duncan-Chang模型的UMAT程序实现
    4.3 单次冲击数值计算
        4.3.1 本构模型的计算修正
        4.3.2 计算模型的建立
        4.3.3 煤饼初应力平衡
        4.3.4 修正Duncan-Chang模型验证和阻尼系数的计算分析
        4.3.5 单次冲击计算结果与装煤车设计
    4.4 连续冲击的数值计算
        4.4.1 连续冲击中本构模型修正思路
        4.4.2 本构模型的线性反演
        4.4.3 连续冲击建模计算与验证
    4.5 本章小结
5 装煤车设计方法改进
    5.1 前言
    5.2 捣固工艺相关参数正交试验优选
        5.2.1 正交试验设计法
        5.2.2 参数确定与正交表设计
        5.2.3 建模计算与结果分析
    5.3 建立捣固压力简化设计载荷
        5.3.1 简化设计载荷建立思路
        5.3.2 侧壁压力规律
        5.3.3 底板压力规律
        5.3.4 简化设计载荷的建立
        5.3.5 简化设计载荷的校验
    5.4 装煤车有限元计算与结构改进
        5.4.1 结构改进思路
        5.4.2 计算模型建立
        5.4.3 计算结果分析
    5.5 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点摘要
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]Deformation characteristics of coarse-grained soil with various gradations[J]. 孟飞,张家生,陈晓斌,王启云.  Journal of Central South University. 2014(06)
[2]气动载荷作用下复合材料风力机叶片结构优化设计[J]. 汪泉,陈进,王君,游颖,孙金风,邬述晖.  机械工程学报. 2014(09)
[3]基于正交试验的矿用自卸车转向机构优化设计[J]. 姜立标,刘坚雄,程铖.  中国机械工程. 2013(15)
[4]降低5.5米捣固焦炉塌煤率[J]. 杨孝峰.  化工管理. 2013(06)
[5]基于正交试验法的工业机器人定位误差测量[J]. 齐立哲,陈磊,王伟,余蕾斌,贠超.  中国机械工程. 2013(06)
[6]我国捣固炼焦技术的进步与发展方向[J]. 潘登.  燃料与化工. 2013(02)
[7]岩石三轴试验机的现状及发展趋势[J]. 牛学超,张庆喜,岳中文.  岩土力学. 2013(02)
[8]6.25米捣固炼焦技术在攀钢的应用[J]. 许银麟.  四川冶金. 2012(06)
[9]土动力学与土工抗震研究进展综述[J]. 刘汉龙.  土木工程学报. 2012(04)
[10]不同炼焦方式对焦炭质量的影响[J]. 彭靖,万洋,吴琼,李凤霞,史世庄.  燃料与化工. 2012(02)

硕士论文
[1]捣固炼焦的基础研究[D]. 张康华.武汉科技大学 2011
[2]贫、瘦煤捣固炼焦机理的研究及应用[D]. 李俊峰.西安建筑科技大学 2007
[3]ABAQUS用户材料子程序开发及应用[D]. 杨曼娟.华中科技大学 2005



本文编号：3732110