竹材碾压开纤的有限元分析
发布时间：2021-09-03 17:07
竹材碾压开纤法是制备长竹纤维的主要方法,目前由于理论研究的滞后,竹子粗纤维的提取处于低水平阶段,实现碾压开纤的高效高质量生产是目前急待解决的问题。拟通过建立竹材碾压的有限元力学模型,找到定量研究竹材碾压开纤的方法,从而进一步获得碾压开纤的加工参数。基于竹子结构特点,从研究竹材碾压开纤原理入手,研究建立了碾压开纤的有限元力学模型,分析了碾压开纤过程中竹子纤维和基体的应力、应变变化,结果与实际情况相符合;对碾压过程的运动仿真较清晰地模拟了竹材碾压开纤的过程,结果表明:对预处理后维管束含量45%的竹材,碾压棍直径按咬入角取最小值60 mm,竹材水平初速度为30 mm·s-1时,可以获得较好的开纤效果。研究初步揭示出竹材碾压开纤的机制,找到了一种有效研究竹材碾压开纤的方法,从而可以为进一步确定碾压开纤的最优加工参数,设计专用高效的竹材碾压开纤设备奠定基础。
【文章来源】：竹子学报. 2018,37(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
竹材碾压示意图Fig．1Schematicdiagramofcrushingbamboo的竹将入基
进行力学性能测试试验，将试验数据结果进行计算整理后，得到纤维和基体相关物理特性参数。纤维和基体的弹性模量分别为21000MPa、92．4MPa，屈服应力分别为191MPa、2．1MPa，破坏应力分别为300MPa、4MPa，泊松比均为0．3。2．2有限元模型的建立根据前期研究结果［6］，设计碾压开纤初始几何模型，取竹片宽度为20mm、厚度为15mm，按竹材碾压咬入角，取碾压轮最小直径60mm;竹材维管束含量45%，相应的最大径向应变为38%;确定竹材和碾压轮的初始相对位置。竹材横截面原型如图2所示，设计截面中维管束按六边形排布，截面形状取圆形，为研究方便，未考虑维管束从竹黄到竹青各层体积的变化，如图3所示。纤维和基体分别划分网格，然后组装。图2模型原始截面Fig．2Crosssectionoforiginalmodel图3模型设计截面Fig．3Crosssectionofdesignmodel图4有限元1/2模型Fig．4Finiteelement1/2model设置竹片力学约束方法为动力接触法，赋予竹材与碾轮之间的接触面属性为切向接触，接触摩擦系数取0.3［5］，有限元分析模型如图4所示。2．3有限元模型的加载与求解取碾压轮中心为参考点，设置其逆时针运动速度，并且约束其余5个自由度，在竹材运动方向以外的4个端面建立边界约束，并赋予竹材水平向右运动速度为30mm/s。建立显式动力学分析步，开启非线性大位移开关。通过运算，从可视化视图中可得模型的运算结果，如图5所示，竹材碾压开纤，竹片中红色为纤维，蓝色为基体。图5模型的结果视图Fig．5Viewofthemodelresults2．4有限元模拟数据分析如图1所示，对于单对辊轮，竹材碾压开纤是竹材通过辊轮接触弧的过程(图1
鹞?21000MPa、92．4MPa，屈服应力分别为191MPa、2．1MPa，破坏应力分别为300MPa、4MPa，泊松比均为0．3。2．2有限元模型的建立根据前期研究结果［6］，设计碾压开纤初始几何模型，取竹片宽度为20mm、厚度为15mm，按竹材碾压咬入角，取碾压轮最小直径60mm;竹材维管束含量45%，相应的最大径向应变为38%;确定竹材和碾压轮的初始相对位置。竹材横截面原型如图2所示，设计截面中维管束按六边形排布，截面形状取圆形，为研究方便，未考虑维管束从竹黄到竹青各层体积的变化，如图3所示。纤维和基体分别划分网格，然后组装。图2模型原始截面Fig．2Crosssectionoforiginalmodel图3模型设计截面Fig．3Crosssectionofdesignmodel图4有限元1/2模型Fig．4Finiteelement1/2model设置竹片力学约束方法为动力接触法，赋予竹材与碾轮之间的接触面属性为切向接触，接触摩擦系数取0.3［5］，有限元分析模型如图4所示。2．3有限元模型的加载与求解取碾压轮中心为参考点，设置其逆时针运动速度，并且约束其余5个自由度，在竹材运动方向以外的4个端面建立边界约束，并赋予竹材水平向右运动速度为30mm/s。建立显式动力学分析步，开启非线性大位移开关。通过运算，从可视化视图中可得模型的运算结果，如图5所示，竹材碾压开纤，竹片中红色为纤维，蓝色为基体。图5模型的结果视图Fig．5Viewofthemodelresults2．4有限元模拟数据分析如图1所示，对于单对辊轮，竹材碾压开纤是竹材通过辊轮接触弧的过程(图1中从A点到C点)。根据竹材运动速度，可计算出，时间大约为0．4s。根据有限元计算结果，从竹片截面的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]碾压制取竹纤维的力学模型[J]. 石海龙,张蔚. 木材加工机械. 2015(02)
[2]裂解开纤法制备长竹纤维的研究[J]. 张蔚,姚文斌,李文彬. 纺织学报. 2010(09)
[3]竹纤维加工技术的研究进展[J]. 张蔚,姚文斌,李文彬. 农业工程学报. 2008(10)
[4]竹材的结构及开发利用[J]. 魏学智. 山西师大学报(自然科学版). 1998(03)
硕士论文
[1]竹材的细观力学模型与有限元分析[D]. 张培端.南京航空航天大学 2011
本文编号：3381516
【文章来源】：竹子学报. 2018,37(04)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
竹材碾压示意图Fig．1Schematicdiagramofcrushingbamboo的竹将入基
进行力学性能测试试验，将试验数据结果进行计算整理后，得到纤维和基体相关物理特性参数。纤维和基体的弹性模量分别为21000MPa、92．4MPa，屈服应力分别为191MPa、2．1MPa，破坏应力分别为300MPa、4MPa，泊松比均为0．3。2．2有限元模型的建立根据前期研究结果［6］，设计碾压开纤初始几何模型，取竹片宽度为20mm、厚度为15mm，按竹材碾压咬入角，取碾压轮最小直径60mm;竹材维管束含量45%，相应的最大径向应变为38%;确定竹材和碾压轮的初始相对位置。竹材横截面原型如图2所示，设计截面中维管束按六边形排布，截面形状取圆形，为研究方便，未考虑维管束从竹黄到竹青各层体积的变化，如图3所示。纤维和基体分别划分网格，然后组装。图2模型原始截面Fig．2Crosssectionoforiginalmodel图3模型设计截面Fig．3Crosssectionofdesignmodel图4有限元1/2模型Fig．4Finiteelement1/2model设置竹片力学约束方法为动力接触法，赋予竹材与碾轮之间的接触面属性为切向接触，接触摩擦系数取0.3［5］，有限元分析模型如图4所示。2．3有限元模型的加载与求解取碾压轮中心为参考点，设置其逆时针运动速度，并且约束其余5个自由度，在竹材运动方向以外的4个端面建立边界约束，并赋予竹材水平向右运动速度为30mm/s。建立显式动力学分析步，开启非线性大位移开关。通过运算，从可视化视图中可得模型的运算结果，如图5所示，竹材碾压开纤，竹片中红色为纤维，蓝色为基体。图5模型的结果视图Fig．5Viewofthemodelresults2．4有限元模拟数据分析如图1所示，对于单对辊轮，竹材碾压开纤是竹材通过辊轮接触弧的过程(图1
鹞?21000MPa、92．4MPa，屈服应力分别为191MPa、2．1MPa，破坏应力分别为300MPa、4MPa，泊松比均为0．3。2．2有限元模型的建立根据前期研究结果［6］，设计碾压开纤初始几何模型，取竹片宽度为20mm、厚度为15mm，按竹材碾压咬入角，取碾压轮最小直径60mm;竹材维管束含量45%，相应的最大径向应变为38%;确定竹材和碾压轮的初始相对位置。竹材横截面原型如图2所示，设计截面中维管束按六边形排布，截面形状取圆形，为研究方便，未考虑维管束从竹黄到竹青各层体积的变化，如图3所示。纤维和基体分别划分网格，然后组装。图2模型原始截面Fig．2Crosssectionoforiginalmodel图3模型设计截面Fig．3Crosssectionofdesignmodel图4有限元1/2模型Fig．4Finiteelement1/2model设置竹片力学约束方法为动力接触法，赋予竹材与碾轮之间的接触面属性为切向接触，接触摩擦系数取0.3［5］，有限元分析模型如图4所示。2．3有限元模型的加载与求解取碾压轮中心为参考点，设置其逆时针运动速度，并且约束其余5个自由度，在竹材运动方向以外的4个端面建立边界约束，并赋予竹材水平向右运动速度为30mm/s。建立显式动力学分析步，开启非线性大位移开关。通过运算，从可视化视图中可得模型的运算结果，如图5所示，竹材碾压开纤，竹片中红色为纤维，蓝色为基体。图5模型的结果视图Fig．5Viewofthemodelresults2．4有限元模拟数据分析如图1所示，对于单对辊轮，竹材碾压开纤是竹材通过辊轮接触弧的过程(图1中从A点到C点)。根据竹材运动速度，可计算出，时间大约为0．4s。根据有限元计算结果，从竹片截面的?
【参考文献】：
期刊论文
[1]碾压制取竹纤维的力学模型[J]. 石海龙,张蔚. 木材加工机械. 2015(02)
[2]裂解开纤法制备长竹纤维的研究[J]. 张蔚,姚文斌,李文彬. 纺织学报. 2010(09)
[3]竹纤维加工技术的研究进展[J]. 张蔚,姚文斌,李文彬. 农业工程学报. 2008(10)
[4]竹材的结构及开发利用[J]. 魏学智. 山西师大学报(自然科学版). 1998(03)
硕士论文
[1]竹材的细观力学模型与有限元分析[D]. 张培端.南京航空航天大学 2011
本文编号：3381516
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/qgylw/3381516.html
