竹材碾壓開纖法是制備長竹纖維的主要方法,目前由于理論研究的滯后,竹子粗纖維的提取處于低水平階段,實現(xiàn)碾壓開纖的高效高質(zhì)量生產(chǎn)是目前急待解決的問題。擬通過建立竹材碾壓的有限元力學模型,找到定量研究竹材碾壓開纖的方法,從而進一步獲得碾壓開纖的加工參數(shù)�；谥褡咏Y(jié)構(gòu)特點,從研究竹材碾壓開纖原理入手,研究建立了碾壓開纖的有限元力學模型,分析了碾壓開纖過程中竹子纖維和基體的應(yīng)力、應(yīng)變變化,結(jié)果與實際情況相符合;對碾壓過程的運動仿真較清晰地模擬了竹材碾壓開纖的過程,結(jié)果表明:對預(yù)處理后維管束含量45%的竹材,碾壓棍直徑按咬入角取最小值60 mm,竹材水平初速度為30 mm·s^-1時,可以獲得較好的開纖效果。研究初步揭示出竹材碾壓開纖的機制,找到了一種有效研究竹材碾壓開纖的方法,從而可以為進一步確定碾壓開纖的最優(yōu)加工參數(shù),設(shè)計專用高效的竹材碾壓開纖設(shè)備奠定基礎(chǔ)。 

【文章來源】：竹子學報. 2018,37(04)

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

竹材碾壓示意圖Fig．1Schematicdiagramofcrushingbamboo的竹將入基

進行力學性能測試試驗，將試驗數(shù)據(jù)結(jié)果進行計算整理后，得到纖維和基體相關(guān)物理特性參數(shù)。纖維和基體的彈性模量分別為21000MPa、92．4MPa，屈服應(yīng)力分別為191MPa、2．1MPa，破壞應(yīng)力分別為300MPa、4MPa，泊松比均為0．3。2．2有限元模型的建立根據(jù)前期研究結(jié)果［6］，設(shè)計碾壓開纖初始幾何模型，取竹片寬度為20mm、厚度為15mm，按竹材碾壓咬入角，取碾壓輪最小直徑60mm;竹材維管束含量45%，相應(yīng)的最大徑向應(yīng)變?yōu)?8%;確定竹材和碾壓輪的初始相對位置。竹材橫截面原型如圖2所示，設(shè)計截面中維管束按六邊形排布，截面形狀取圓形，為研究方便，未考慮維管束從竹黃到竹青各層體積的變化，如圖3所示。纖維和基體分別劃分網(wǎng)格，然后組裝。圖2模型原始截面Fig．2Crosssectionoforiginalmodel圖3模型設(shè)計截面Fig．3Crosssectionofdesignmodel圖4有限元1/2模型Fig．4Finiteelement1/2model設(shè)置竹片力學約束方法為動力接觸法，賦予竹材與碾輪之間的接觸面屬性為切向接觸，接觸摩擦系數(shù)取0.3［5］，有限元分析模型如圖4所示。2．3有限元模型的加載與求解取碾壓輪中心為參考點，設(shè)置其逆時針運動速度，并且約束其余5個自由度，在竹材運動方向以外的4個端面建立邊界約束，并賦予竹材水平向右運動速度為30mm/s。建立顯式動力學分析步，開啟非線性大位移開關(guān)。通過運算，從可視化視圖中可得模型的運算結(jié)果，如圖5所示，竹材碾壓開纖，竹片中紅色為纖維，藍色為基體。圖5模型的結(jié)果視圖Fig．5Viewofthemodelresults2．4有限元模擬數(shù)據(jù)分析如圖1所示，對于單對輥輪，竹材碾壓開纖是竹材通過輥輪接觸弧的過程(圖1

鷂?21000MPa、92．4MPa，屈服應(yīng)力分別為191MPa、2．1MPa，破壞應(yīng)力分別為300MPa、4MPa，泊松比均為0．3。2．2有限元模型的建立根據(jù)前期研究結(jié)果［6］，設(shè)計碾壓開纖初始幾何模型，取竹片寬度為20mm、厚度為15mm，按竹材碾壓咬入角，取碾壓輪最小直徑60mm;竹材維管束含量45%，相應(yīng)的最大徑向應(yīng)變?yōu)?8%;確定竹材和碾壓輪的初始相對位置。竹材橫截面原型如圖2所示，設(shè)計截面中維管束按六邊形排布，截面形狀取圓形，為研究方便，未考慮維管束從竹黃到竹青各層體積的變化，如圖3所示。纖維和基體分別劃分網(wǎng)格，然后組裝。圖2模型原始截面Fig．2Crosssectionoforiginalmodel圖3模型設(shè)計截面Fig．3Crosssectionofdesignmodel圖4有限元1/2模型Fig．4Finiteelement1/2model設(shè)置竹片力學約束方法為動力接觸法，賦予竹材與碾輪之間的接觸面屬性為切向接觸，接觸摩擦系數(shù)取0.3［5］，有限元分析模型如圖4所示。2．3有限元模型的加載與求解取碾壓輪中心為參考點，設(shè)置其逆時針運動速度，并且約束其余5個自由度，在竹材運動方向以外的4個端面建立邊界約束，并賦予竹材水平向右運動速度為30mm/s。建立顯式動力學分析步，開啟非線性大位移開關(guān)。通過運算，從可視化視圖中可得模型的運算結(jié)果，如圖5所示，竹材碾壓開纖，竹片中紅色為纖維，藍色為基體。圖5模型的結(jié)果視圖Fig．5Viewofthemodelresults2．4有限元模擬數(shù)據(jù)分析如圖1所示，對于單對輥輪，竹材碾壓開纖是竹材通過輥輪接觸弧的過程(圖1中從A點到C點)。根據(jù)竹材運動速度，可計算出，時間大約為0．4s。根據(jù)有限元計算結(jié)果，從竹片截面的?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]碾壓制取竹纖維的力學模型[J]. 石海龍,張蔚.  木材加工機械. 2015(02)
[2]裂解開纖法制備長竹纖維的研究[J]. 張蔚,姚文斌,李文彬.  紡織學報. 2010(09)
[3]竹纖維加工技術(shù)的研究進展[J]. 張蔚,姚文斌,李文彬.  農(nóng)業(yè)工程學報. 2008(10)
[4]竹材的結(jié)構(gòu)及開發(fā)利用[J]. 魏學智.  山西師大學報(自然科學版). 1998(03)

碩士論文
[1]竹材的細觀力學模型與有限元分析[D]. 張培端.南京航空航天大學 2011



本文編號：3381516