發(fā)布時間：2017-04-20 03:09

  本文關鍵詞：云南三七主根力學特性研究及沖擊粉碎顯式動力學分析，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,都要先經過粉碎加工。然而隨著近年來市場對三七需求增大,市場上還未出現專門針對三七開發(fā)的粉碎設備,造成了三七主根粉碎效率低、能耗高、品質差等問題,己不能滿足消費者對高質量三七產品的要求。國內外至今還未見三七主根力學特性方面的研究報道,然而深入了解三七主根的力學特性能為設計三七主根粉碎設備提供一定的理論指導。三七主根由中心木質部和外層皮部組成,二者組織結構明顯不同。本文利用食品物性分析儀,分別對云南文山三七主根中心木質部與外層皮部的力學特性參數進行測。定,對三七主根的應力松弛和蠕變特性進行了試驗研究。將三七主根抽象為圓柱體分析模型,并賦予試驗獲取的三七主根基本物理參數、力學特性參數,利用有限元軟件對三七主根與粉碎錘片的粉碎過程進行模擬仿真分析,得出三七主根和錘片在不同速度下碰撞的應力、應變隨時間的變化云圖。主要研究成果如下：(1)三七主根中心木質部平均徑向壓縮強度、軸向壓縮強度、徑向剪切強度、軸向剪切強度、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度、軸向壓縮強度、周向剪切強度、軸向剪切強度、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力松弛曲線,其應力松弛模型都為帶平衡彈簧的廣義麥克斯韋模型。應變?yōu)?.15時,三七主根軸向應力松弛模型為：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的三七主根徑向應力松弛特性曲線和模型參數,從結果可看出其應變在0.05-0.07時,試樣材料有明顯的應力松弛現象,力隨著時間不斷衰減,衰減至一定時間后趨于平衡,但是應變在0.04時,試件材料應力松弛現象不明顯,應力很快就趨于平衡。平衡彈性系數和兩個衰變彈性系數隨著應變增加而增加,松弛時間T1、T2受應變影響不大。(3)載荷為2400N的三七軸向蠕變模型為四元件Burgers模型,其數學表達式為：載荷為400N的三七軸向蠕變模型為三元件Kelvin模型,其數學表達式為：D(t)=2.35+2.56×(1-et/59.50)。除了得到三七主根的蠕變模型外,還分析了外載荷對三七主根軸向蠕變特性的影響,得出瞬時彈性模量Ee、延時彈性模量El、粘性系數,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方形截面刀具與三七主根模型碰撞過程中的受力情況,得到倒圓角直徑為1mm、3mm、5mm時分別在碰撞速度為20m/s、 40m/s、60m/s、80m/s下刀具最大應力和的三七主根模型受力后的最大應變；對圓柱體具、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力和三七主根最大應變。根據實驗結果分析表明中心木質部和外層皮部都為各向異性材料,對其力學建模時應按照各向異性材料處理；三七主根為粘彈性材料,同時具有流體和固體的性質。由應力松弛和蠕變特性參數得知：形變量越大三七主根徑向彈性性質越顯著,載荷越大三七主根軸向的流體性質越強；由有限元分析結果得出方形截面刀具的倒圓角直徑為3mm時粉碎三七主根最佳,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。
【關鍵詞】：三七主根 彈性力學參數 應力松弛 蠕變 有限元 沖擊粉碎 顯式動力學
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：Q947.1;S226
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 1 緒論14-22
• 1.1 課題來源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 云南三七生產加工工藝15-16
• 1.2.3 研究的意義16
• 1.3 研究內容及技術路線16-18
• 1.3.1 研究內容16-17
• 1.3.2 技術路線17-18
• 1.4 國內外研究現狀18-21
• 1.4.1 農業(yè)固體物料基本物理參數研究18
• 1.4.2 固體農業(yè)物料的流變特性研究18-20
• 1.4.3 有限元分析技術在固體生物物料中的應用20-21
• 1.5 本章小結21-22
• 2 相關理論22-28
• 2.1 強度理論22-23
• 2.1.1 最大拉應力理論22
• 2.1.2 最大伸長線應變理論22-23
• 2.1.3 最大切應力理論23
• 2.1.4 形狀改變比能理論23
• 2.2 應力松弛與蠕變相關理論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27-28
• 3 云南三七彈性力學特性試驗28-38
• 3.1 引言28
• 3.2 試驗材料、儀器和方法28-32
• 3.3 三七應力—應變特征曲線結果與分析32-33
• 3.3.1 中心木質部應力—應變曲線32
• 3.3.2 外層皮部應力—應變曲線32-33
• 3.4 三七主根屈服強度試驗結果與分析33-34
• 3.5 三七彈性模量試驗結果與分析34-35
• 3.5.1 三七主根中心木質部彈性模量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結果與分析35-36
• 3.7 本章小結36-38
• 4 云南三七應力松弛與蠕變試驗38-52
• 4.1 引言38
• 4.2 試驗材料與儀器38-40
• 4.3 三七應力松弛試驗40-45
• 4.3.1 試驗指標40-41
• 4.3.2 結果與分析41-45
• 4.4 三七蠕變試驗45-51
• 4.4.1 試驗指標45-46
• 4.4.2 結果與分析46-51
• 4.5 本章小結51-52
• 5 三七主根沖擊粉碎的顯式動力學分析52-68
• 5.1 引言52-53
• 5.2 顯式動力學分析介紹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 結果與分析60-67
• 5.4.1 方形截面刀具的倒圓角對碰撞結果的影響60-64
• 5.4.2 碰撞刀具的形狀對三七主根粉碎效果的影響64-67
• 5.5 本章小結67-68
• 6 結論與展望68-70
• 6.1 全文結論68-69
• 6.2 存在的問題69
• 6.3 本課題下一步研究方向69-70
• 致謝70-72
• 參考文獻72-76
• 附錄A：本人在攻讀碩士學位期間的科研情況及工作情況76

【參考文獻】

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本文編號：317758