本文關(guān)鍵詞：云南三七主根力學(xué)特性研究及沖擊粉碎顯式動(dòng)力學(xué)分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：云南三七為傳統(tǒng)中藥材,渾身是寶,但最具商業(yè)價(jià)值的部分為主根。在食用或是提取三七主根有效成分之前,都要先經(jīng)過(guò)粉碎加工。然而隨著近年來(lái)市場(chǎng)對(duì)三七需求增大,市場(chǎng)上還未出現(xiàn)專門針對(duì)三七開(kāi)發(fā)的粉碎設(shè)備,造成了三七主根粉碎效率低、能耗高、品質(zhì)差等問(wèn)題,己不能滿足消費(fèi)者對(duì)高質(zhì)量三七產(chǎn)品的要求。國(guó)內(nèi)外至今還未見(jiàn)三七主根力學(xué)特性方面的研究報(bào)道,然而深入了解三七主根的力學(xué)特性能為設(shè)計(jì)三七主根粉碎設(shè)備提供一定的理論指導(dǎo)。三七主根由中心木質(zhì)部和外層皮部組成,二者組織結(jié)構(gòu)明顯不同。本文利用食品物性分析儀,分別對(duì)云南文山三七主根中心木質(zhì)部與外層皮部的力學(xué)特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)。定,對(duì)三七主根的應(yīng)力松弛和蠕變特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究。將三七主根抽象為圓柱體分析模型,并賦予試驗(yàn)獲取的三七主根基本物理參數(shù)、力學(xué)特性參數(shù),利用有限元軟件對(duì)三七主根與粉碎錘片的粉碎過(guò)程進(jìn)行模擬仿真分析,得出三七主根和錘片在不同速度下碰撞的應(yīng)力、應(yīng)變隨時(shí)間的變化云圖。主要研究成果如下：(1)三七主根中心木質(zhì)部平均徑向壓縮強(qiáng)度、軸向壓縮強(qiáng)度、徑向剪切強(qiáng)度、軸向剪切強(qiáng)度、徑向彈性模量、軸向彈性模量、徑向剪切模量、軸向剪切模量分別為21.07、27.80、9.58、7.06、93.46、192.59、44.68、50.69 MPa；三七主根外層皮部的平均周向壓縮強(qiáng)度、軸向壓縮強(qiáng)度、周向剪切強(qiáng)度、軸向剪切強(qiáng)度、周向彈性模量、軸向彈性模量、周向剪切模量、軸向剪切模量分別為20.27、17.87、9.08、9.19、246.48、113.51、20.84、74.84MPa；三七主根中心木質(zhì)部軸向和徑向的泊松比分別為0.08和0.05,外層皮部軸向和周向的泊松比分別為0.12和0.04。(2)得到了三七主根軸向和徑向應(yīng)力松弛曲線,其應(yīng)力松弛模型都為帶平衡彈簧的廣義麥克斯韋模型。應(yīng)變?yōu)?.15時(shí),三七主根軸向應(yīng)力松弛模型為：σ= 0.49e-t/268.23+0.57e-t/15.16+5.7;分別獲得了常變形量為0.04、0.05、0.06、0.07的三七主根徑向應(yīng)力松弛特性曲線和模型參數(shù),從結(jié)果可看出其應(yīng)變?cè)?.05-0.07時(shí),試樣材料有明顯的應(yīng)力松弛現(xiàn)象,力隨著時(shí)間不斷衰減,衰減至一定時(shí)間后趨于平衡,但是應(yīng)變?cè)?.04時(shí),試件材料應(yīng)力松弛現(xiàn)象不明顯,應(yīng)力很快就趨于平衡。平衡彈性系數(shù)和兩個(gè)衰變彈性系數(shù)隨著應(yīng)變?cè)黾佣黾?松弛時(shí)間T1、T2受應(yīng)變影響不大。(3)載荷為2400N的三七軸向蠕變模型為四元件Burgers模型,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：載荷為400N的三七軸向蠕變模型為三元件Kelvin模型,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：D(t)=2.35+2.56×(1-et/59.50)。除了得到三七主根的蠕變模型外,還分析了外載荷對(duì)三七主根軸向蠕變特性的影響,得出瞬時(shí)彈性模量Ee、延時(shí)彈性模量El、粘性系數(shù),71都是隨著外載荷F的增加而減小,其中Ee的變化范圍較小,E1與771的變化范圍較大。(4)用有限元軟件分析了不同倒圓角直徑對(duì)方形截面刀具與三七主根模型碰撞過(guò)程中的受力情況,得到倒圓角直徑為1mm、3mm、5mm時(shí)分別在碰撞速度為20m/s、 40m/s、60m/s、80m/s下刀具最大應(yīng)力和的三七主根模型受力后的最大應(yīng)變；對(duì)圓柱體具、楔形刀具和方形截面刀具在不同速度下與三七模型碰撞進(jìn)行了有限元分析,得出三種刀具在不同碰撞速度下受到的最大應(yīng)力和三七主根最大應(yīng)變。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表明中心木質(zhì)部和外層皮部都為各向異性材料,對(duì)其力學(xué)建模時(shí)應(yīng)按照各向異性材料處理；三七主根為粘彈性材料,同時(shí)具有流體和固體的性質(zhì)。由應(yīng)力松弛和蠕變特性參數(shù)得知：形變量越大三七主根徑向彈性性質(zhì)越顯著,載荷越大三七主根軸向的流體性質(zhì)越強(qiáng)；由有限元分析結(jié)果得出方形截面刀具的倒圓角直徑為3mm時(shí)粉碎三七主根最佳,圓柱體刀具比楔形刀具和方形截面刀具更最適合用于粉碎三七主根。
【關(guān)鍵詞】：三七主根 彈性力學(xué)參數(shù) 應(yīng)力松弛 蠕變 有限元 沖擊粉碎 顯式動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：Q947.1;S226
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 1 緒論14-22
• 1.1 課題來(lái)源14
• 1.2 研究的背景和意義14-16
• 1.2.1 三七介紹14-15
• 1.2.2 云南三七生產(chǎn)加工工藝15-16
• 1.2.3 研究的意義16
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線16-18
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容16-17
• 1.3.2 技術(shù)路線17-18
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-21
• 1.4.1 農(nóng)業(yè)固體物料基本物理參數(shù)研究18
• 1.4.2 固體農(nóng)業(yè)物料的流變特性研究18-20
• 1.4.3 有限元分析技術(shù)在固體生物物料中的應(yīng)用20-21
• 1.5 本章小結(jié)21-22
• 2 相關(guān)理論22-28
• 2.1 強(qiáng)度理論22-23
• 2.1.1 最大拉應(yīng)力理論22
• 2.1.2 最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論22-23
• 2.1.3 最大切應(yīng)力理論23
• 2.1.4 形狀改變比能理論23
• 2.2 應(yīng)力松弛與蠕變相關(guān)理論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 廣義Maxwell模型26-27
• 2.2.5 廣義Kelvin模型27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 3 云南三七彈性力學(xué)特性試驗(yàn)28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 試驗(yàn)材料、儀器和方法28-32
• 3.3 三七應(yīng)力—應(yīng)變特征曲線結(jié)果與分析32-33
• 3.3.1 中心木質(zhì)部應(yīng)力—應(yīng)變曲線32
• 3.3.2 外層皮部應(yīng)力—應(yīng)變曲線32-33
• 3.4 三七主根屈服強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析33-34
• 3.5 三七彈性模量試驗(yàn)結(jié)果與分析34-35
• 3.5.1 三七主根中心木質(zhì)部彈性模量34-35
• 3.5.2 三七主根外層皮部彈性模量35
• 3.6 三七主根的泊松比試驗(yàn)結(jié)果與分析35-36
• 3.7 本章小結(jié)36-38
• 4 云南三七應(yīng)力松弛與蠕變?cè)囼?yàn)38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 試驗(yàn)材料與儀器38-40
• 4.3 三七應(yīng)力松弛試驗(yàn)40-45
• 4.3.1 試驗(yàn)指標(biāo)40-41
• 4.3.2 結(jié)果與分析41-45
• 4.4 三七蠕變?cè)囼?yàn)45-51
• 4.4.1 試驗(yàn)指標(biāo)45-46
• 4.4.2 結(jié)果與分析46-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 5 三七主根沖擊粉碎的顯式動(dòng)力學(xué)分析52-68
• 5.1 引言52-53
• 5.2 顯式動(dòng)力學(xué)分析介紹53-54
• 5.2.1 顯式算法與隱式算法的區(qū)別53-54
• 5.2.2 ANSYS/LS-DYNA動(dòng)力分析功能綜述54
• 5.3 分析流程54-60
• 5.3.1 建立三七主根與粉碎刀片的幾何模型54-56
• 5.3.2 定義材料屬性56-57
• 5.3.3 網(wǎng)格劃分57-59
• 5.3.4 定義接觸區(qū)域59
• 5.3.5 施加載荷與約束59-60
• 5.4 結(jié)果與分析60-67
• 5.4.1 方形截面刀具的倒圓角對(duì)碰撞結(jié)果的影響60-64
• 5.4.2 碰撞刀具的形狀對(duì)三七主根粉碎效果的影響64-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 6 結(jié)論與展望68-70
• 6.1 全文結(jié)論68-69
• 6.2 存在的問(wèn)題69
• 6.3 本課題下一步研究方向69-70
• 致謝70-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 附錄A：本人在攻讀碩士學(xué)位期間的科研情況及工作情況76

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：317758