云南三七主根力学特性研究及冲击粉碎显式动力学分析

发布时间：2017-04-20 03:09

  本文关键词：云南三七主根力学特性研究及冲击粉碎显式动力学分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：云南三七为传统中药材,浑身是宝,但最具商业价值的部分为主根。在食用或是提取三七主根有效成分之前,都要先经过粉碎加工。然而随着近年来市场对三七需求增大,市场上还未出现专门针对三七开发的粉碎设备,造成了三七主根粉碎效率低、能耗高、品质差等问题,己不能满足消费者对高质量三七产品的要求。国内外至今还未见三七主根力学特性方面的研究报道,然而深入了解三七主根的力学特性能为设计三七主根粉碎设备提供一定的理论指导。三七主根由中心木质部和外层皮部组成,二者组织结构明显不同。本文利用食品物性分析仪,分别对云南文山三七主根中心木质部与外层皮部的力学特性参数进行测。定,对三七主根的应力松弛和蠕变特性进行了试验研究。将三七主根抽象为圆柱体分析模型,并赋予试验获取的三七主根基本物理参数、力学特性参数,利用有限元软件对三七主根与粉碎锤片的粉碎过程进行模拟仿真分析,得出三七主根和锤片在不同速度下碰撞的应力、应变随时间的变化云图。主要研究成果如下：(1)三七主根中心木质部平均径向压缩强度、轴向压缩强度、径向剪切强度、轴向剪切强度、径向弹性模量、轴向弹性模量、径向剪切模量、轴向剪切模量分别为21.07、27.80、9.58、7.06、93.46、192.59、44.68、50.69 MPa；三七主根外层皮部的平均周向压缩强度、轴向压缩强度、周向剪切强度、轴向剪切强度、周向弹性模量、轴向弹性模量、周向剪切模量、轴向剪切模量分别为20.27、17.87、9.08、9.19、246.48、113.51、20.84、74.84MPa；三七主根中心木质部轴向和径向的泊松比分别为0.08和0.05,外层皮部轴向和周向的泊松比分别为0.12和0.04。(2)得到了三七主根轴向和径向应力松弛曲线,其应力松弛模型都为带平衡弹簧的广义麦克斯韦模型。应变为0.15时,三七主根轴向应力松弛模型为：σ= 0.49e-t/268.23+0.57e-t/15.16+5.7;分别获得了常变形量为0.04、0.05、0.06、0.07的三七主根径向应力松弛特性曲线和模型参数,从结果可看出其应变在0.05-0.07时,试样材料有明显的应力松弛现象,力随着时间不断衰减,衰减至一定时间后趋于平衡,但是应变在0.04时,试件材料应力松弛现象不明显,应力很快就趋于平衡。平衡弹性系数和两个衰变弹性系数随着应变增加而增加,松弛时间T1、T2受应变影响不大。(3)载荷为2400N的三七轴向蠕变模型为四元件Burgers模型,其数学表达式为：载荷为400N的三七轴向蠕变模型为三元件Kelvin模型,其数学表达式为：D(t)=2.35+2.56×(1-et/59.50)。除了得到三七主根的蠕变模型外,还分析了外载荷对三七主根轴向蠕变特性的影响,得出瞬时弹性模量Ee、延时弹性模量El、粘性系数,71都是随着外载荷F的增加而减小,其中Ee的变化范围较小,E1与771的变化范围较大。(4)用有限元软件分析了不同倒圆角直径对方形截面刀具与三七主根模型碰撞过程中的受力情况,得到倒圆角直径为1mm、3mm、5mm时分别在碰撞速度为20m/s、 40m/s、60m/s、80m/s下刀具最大应力和的三七主根模型受力后的最大应变；对圆柱体具、楔形刀具和方形截面刀具在不同速度下与三七模型碰撞进行了有限元分析,得出三种刀具在不同碰撞速度下受到的最大应力和三七主根最大应变。根据实验结果分析表明中心木质部和外层皮部都为各向异性材料,对其力学建模时应按照各向异性材料处理；三七主根为粘弹性材料,同时具有流体和固体的性质。由应力松弛和蠕变特性参数得知：形变量越大三七主根径向弹性性质越显著,载荷越大三七主根轴向的流体性质越强；由有限元分析结果得出方形截面刀具的倒圆角直径为3mm时粉碎三七主根最佳,圆柱体刀具比楔形刀具和方形截面刀具更最适合用于粉碎三七主根。
【关键词】：三七主根 弹性力学参数 应力松弛 蠕变 有限元 冲击粉碎 显式动力学
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：Q947.1;S226
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 1 绪论14-22
• 1.1 课题来源14
• 1.2 研究的背景和意义14-16
• 1.2.1 三七介绍14-15
• 1.2.2 云南三七生产加工工艺15-16
• 1.2.3 研究的意义16
• 1.3 研究内容及技术路线16-18
• 1.3.1 研究内容16-17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 1.4 国内外研究现状18-21
• 1.4.1 农业固体物料基本物理参数研究18
• 1.4.2 固体农业物料的流变特性研究18-20
• 1.4.3 有限元分析技术在固体生物物料中的应用20-21
• 1.5 本章小结21-22
• 2 相关理论22-28
• 2.1 强度理论22-23
• 2.1.1 最大拉应力理论22
• 2.1.2 最大伸长线应变理论22-23
• 2.1.3 最大切应力理论23
• 2.1.4 形状改变比能理论23
• 2.2 应力松弛与蠕变相关理论23-27
• 2.2.1 Maxwell模型24-25
• 2.2.2 Kelvin模型25-26
• 2.2.3 Burgers模型26
• 2.2.4 广义Maxwell模型26-27
• 2.2.5 广义Kelvin模型27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 云南三七弹性力学特性试验28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 试验材料、仪器和方法28-32
• 3.3 三七应力—应变特征曲线结果与分析32-33
• 3.3.1 中心木质部应力—应变曲线32
• 3.3.2 外层皮部应力—应变曲线32-33
• 3.4 三七主根屈服强度试验结果与分析33-34
• 3.5 三七弹性模量试验结果与分析34-35
• 3.5.1 三七主根中心木质部弹性模量34-35
• 3.5.2 三七主根外层皮部弹性模量35
• 3.6 三七主根的泊松比试验结果与分析35-36
• 3.7 本章小结36-38
• 4 云南三七应力松弛与蠕变试验38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 试验材料与仪器38-40
• 4.3 三七应力松弛试验40-45
• 4.3.1 试验指标40-41
• 4.3.2 结果与分析41-45
• 4.4 三七蠕变试验45-51
• 4.4.1 试验指标45-46
• 4.4.2 结果与分析46-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 三七主根冲击粉碎的显式动力学分析52-68
• 5.1 引言52-53
• 5.2 显式动力学分析介绍53-54
• 5.2.1 显式算法与隐式算法的区别53-54
• 5.2.2 ANSYS/LS-DYNA动力分析功能综述54
• 5.3 分析流程54-60
• 5.3.1 建立三七主根与粉碎刀片的几何模型54-56
• 5.3.2 定义材料属性56-57
• 5.3.3 网格划分57-59
• 5.3.4 定义接触区域59
• 5.3.5 施加载荷与约束59-60
• 5.4 结果与分析60-67
• 5.4.1 方形截面刀具的倒圆角对碰撞结果的影响60-64
• 5.4.2 碰撞刀具的形状对三七主根粉碎效果的影响64-67
• 5.5 本章小结67-68
• 6 结论与展望68-70
• 6.1 全文结论68-69
• 6.2 存在的问题69
• 6.3 本课题下一步研究方向69-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-76
• 附录A：本人在攻读硕士学位期间的科研情况及工作情况76

【参考文献】

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本文编号：317758