3.4生物質(zhì)塑性變形理論
生物質(zhì)秸稈
顆粒燃料的致密成型，物料在模具里受擠壓后發(fā)生幾何形狀的改變，不能忽略，為幾何非線性問題。考慮在實際應(yīng)用中的大應(yīng)力、大應(yīng)變問題，本文應(yīng)用大應(yīng)變理論彈塑性有限元法分析問題。
對于生物質(zhì)秸稈顆粒燃料致密成型的塑性變形，可以把秸稈原料看作“可壓縮的連續(xù)體”，簡化問題，應(yīng)用塑性力學(xué)的理論分析變形問題。對變形作以下假設(shè)：
1)靜水壓力影響。生物質(zhì)秸稈壓縮變形實驗表明，靜水壓力是其致密成型的重要條件，它可使生物質(zhì)秸稈等可壓縮材料產(chǎn)生塑性變形。
2)體積變化。生物質(zhì)秸稈在塑性變形過程中，由于原料內(nèi)部孔隙受到擠壓閉合，體積縮小，密度增大，對于微小的生物質(zhì)顆粒遵循體積不變原則，但對整個變形就不遵循體積不變條件了。
3)質(zhì)量不變。生物質(zhì)秸稈在壓縮塑性變形時，雖然過程中受力很復(fù)雜，總的體積變小了，但是物料的密度也變大，整體的質(zhì)量沒有發(fā)生改變。
生物質(zhì)塑性變形理論主要包括：屈服準(zhǔn)則、強化準(zhǔn)則、流動準(zhǔn)則三種。
3.4.1屈服準(zhǔn)則
屈服準(zhǔn)則又稱塑性條件，它是判斷材料處于彈性階段還是處于塑性階段的準(zhǔn)則。單向受力時，當(dāng)應(yīng)力小于材料屈服點時，材料處于彈性狀態(tài)。當(dāng)應(yīng)力大于材料的屈服點時，材料由彈性狀態(tài)進(jìn)入塑性狀態(tài)。在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)時，物體內(nèi)某一點發(fā)生塑性變形時，只有當(dāng)各應(yīng)力分量之間滿足一定時，質(zhì)點才開始進(jìn)入塑性狀態(tài)，這就是復(fù)雜應(yīng)力下的屈服條件，也稱塑性條件。
屈服準(zhǔn)則是描述受力物體在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下質(zhì)點進(jìn)入塑性狀態(tài)所遵守的力學(xué)條件，如果以應(yīng)力a作為坐標(biāo)軸，并建立一個多維坐標(biāo)空間，這種力學(xué)條件一般可表示為：
F(%)=0 (3-18)
式中，稱為屈服函數(shù)。
在三維應(yīng)力空間中，當(dāng)，(ax) <0時，此點落在屈服面內(nèi)，說明是彈性變形；當(dāng)F（）-0時，此點落屈服面上，說明是塑性變形。
在生物質(zhì)秸稈壓縮致密成型過程中，材料彈塑性變形理論的關(guān)鍵內(nèi)容是選擇并建立屈服準(zhǔn)則。在本文研究中，對生物質(zhì)秸稈可壓縮變形的屈服準(zhǔn)則的建立可作以下假設(shè)：
1)將秸稈物料看作可壓縮的連續(xù)體；
2)靜水壓力位于屈服面上；
31純剪狀態(tài)點位于屈服面上。
將生物質(zhì)秸稈看作是可壓縮的連續(xù)體，所以在受力時，秸稈內(nèi)的應(yīng)力變化是連續(xù)的，由于壓縮體的屈服狀態(tài)受靜水應(yīng)力影響，假設(shè)Q為純剪切狀態(tài)點、P為靜水應(yīng)力點，則連接P、Q兩點的曲線如圖3-4所示。
圖中三條曲線分別代表的對象各不相同，曲線1是內(nèi)凹的，是不可能的，因為在塑性加工理論中屈服表面處處外凸。曲線2是直線代表土力學(xué)或巖石的壓縮成型特性。曲線3代表粉末體壓縮成型特性，由于對稱的原因，曲線3所形成的屈服表面，在主應(yīng)力空間必然是與三個坐標(biāo)軸等傾斜的回轉(zhuǎn)面，其回轉(zhuǎn)軸線為am方向。根據(jù)趙東等研究，生物質(zhì)秸稈的壓縮致密成型可近似為可壓縮材料的屈服面曲線3。
常用的屈服準(zhǔn)則有：特雷斯卡( Tresca)準(zhǔn)則；米澤斯(Mises)準(zhǔn)則；德魯克．普拉格( Drucker-prager)準(zhǔn)則；莫爾．庫侖（Mohr coulomb）準(zhǔn)則。
特雷斯卡準(zhǔn)則的假設(shè)是材料屈服取決于最大剪力，其屈服條件可寫為：
3.6本章小結(jié)
本章中，介紹了有限元知識及ANSYS有限元分析軟件。對生物質(zhì)致密成型過程的塑性變形、幾何非線性等問題進(jìn)行了分析，介紹了包括增量法、全量法、混合法等幾種非線性求解方法。
通過研究生物質(zhì)散粒體成型與金屬粉末成型和土體性質(zhì)有相似之處，在生物質(zhì)原料成型過程研究中融入了流變學(xué)理論知識，加深了生物質(zhì)致密成型理論上的分析研究，豐富了成型理論知識。
對生物質(zhì)彈塑性變性理論進(jìn)行了研究，介紹屈服準(zhǔn)則、強化準(zhǔn)則、流動準(zhǔn)則。對生物質(zhì)擠壓有限變形采用歐拉法進(jìn)行了研究。
選用了適合生物質(zhì)秸稈的Druker-Prager屈服條件，根據(jù)致密成型中靜水壓力及屈服條件的影響，推導(dǎo)出彈塑性本構(gòu)方程。同時依據(jù)平面應(yīng)變的特點，建立平面應(yīng)變的本構(gòu)方程。
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秸稈壓塊機(jī)、飼料顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備，同時我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
