4.1模型的建立
4.1.1建立分析模型
生物質秸稈顆粒燃料zhimichengxingguochengkanshangquhenjiandan，danshizaimojuliwuliaodejiyabianxingshoudaoduozhongyinsudeyingxiang，shidewuliaozhimichengxingbiandefuza。jieganzhimichengxingguochengzhong，wuliaojingweiliaojigousongdaoyasuoshi，zaiyalunzuoyongxia，kelizhijianxianghujiyabianxingzuihouzhanjiezaiyiqichengxing。youyushijijihemoxingdejianliqujueyuzhongduoyinsu，danshizaizhimichengxingguochengzhongweilefangbianyanjiuwenti，duimoxingshidangdejianhua，jianlifenximoxing，rutu4-1所示。
本文根據實際情況作以下假設：
1)將生物質致密成型過程簡化為彈塑性體與剛性體的非光滑接觸計算模型；
2)不考慮材料內部的物理性能、攪拌、化學反應等現象；
3)將生物質秸稈原料看作連續均勻的物質；
4)不考慮溫度結構耦合問題。
秸稈物料在模具裏受擠壓後出現大變形屬於非線性問題。非線性問題可以分為三類：幾何非線性、狀態變化和材料非線性[52]。本(ben)文(wen)研(yan)究(jiu)的(de)秸(jie)稈(gan)變(bian)形(xing)屬(shu)於(yu)狀(zhuang)態(tai)變(bian)化(hua)大(da)變(bian)形(xing)接(jie)觸(chu)問(wen)題(ti)。分(fen)析(xi)模(mo)型(xing)主(zhu)要(yao)由(you)模(mo)具(ju)和(he)秸(jie)稈(gan)物(wu)料(liao)構(gou)成(cheng)，模(mo)具(ju)入(ru)口(kou)帶(dai)有(you)一(yi)定(ding)的(de)錐(zhui)角(jiao)，方(fang)便(bian)物(wu)料(liao)進(jin)入(ru)擠(ji)壓(ya)。本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)研(yan)究(jiu)成(cheng)型(xing)孔(kong)對(dui)致(zhi)密(mi)成(cheng)型(xing)的(de)影(ying)響(xiang)，考(kao)慮(lv)結(jie)構(gou)及(ji)載(zai)荷(he)的(de)對(dui)稱(cheng)性(xing)，對(dui)實(shi)際(ji)裝(zhuang)置(zhi)進(jin)行(xing)簡(jian)化(hua)，采(cai)用(yong)軸(zhou)對(dui)稱(cheng)壓(ya)縮(suo)模(mo)型(xing)，采(cai)用(yong)ANSYS軟件建立二維幾何模型如圖4-2所示。
4.1.2設置有限單元類型和材料特性
在網格劃分之前，首先對有限元模型中將要用到的單元屬性進行定義，單元屬性一般包括：單元類型、實常數、和材料特性。
離散化有限單元模型包括兩部分內容：一是選擇適當的單元類型，主要是根據結構的尺寸和形狀進行選取，使結構的變化和幾何特征在這些單元中很好的體現；二是確定離散化的單元所用的個數。
有you限xian元yuan的de基ji本ben思si想xiang在zai於yu將jiang求qiu解jie域yu離li散san化hua。對dui不bu同tong的de求qiu解jie域yu，選xuan擇ze不bu同tong的de單dan元yuan屬shu性xing，這zhe樣yang可ke以yi反fan映ying求qiu解jie的de特te點dian，得de到dao最zui優you分fen析xi效xiao果guo。所suo以yi，選xuan擇ze有you限xian單dan元yuan類lei型xing很hen重zhong要yao。如ru果guo選xuan擇ze合he適shi，分fen析xi計ji算suan會hui很hen快kuai速su準zhun確que；若選擇不當，分析結果可能出現較大的誤差，甚至有可能完全不對。
為適應不同的分析需要，ANSYS單元庫中提供了190多種不同的單元類型，從普通的線單元、麵單元、實體單元（包括2維和3維單元）到特殊的接觸單元、間隙單元和表麵效應單元等。每種單元類型唯一獨特的表示方法，單元類型決定了單元自由度以及它所在的空間。
benwenshengwuzhijieganzhimichengxingguochengzhongzhuyaoshejijiegoufeixianxingfenxi，kaolvdaojiyaguochengzhongwuliaochuxiandabianxingwenti，suoyixuanqudanyuanbixujuyousuxinghedabianxingnengli，benwenxuanyong2維4節點四邊形麵單元PIAN182，每個節點具有X和Y方向的平移自由度，有較高的結構精度。該單元即可用作軸對稱單元，也可作為平麵單元，具有大變形和大應變能力。擠壓模型選用TARGET169單元進行模擬。擠壓模和生物質秸稈是在材料屬性上也不同，給定的材料參數如表4-1所示。
4.13模型網格劃分
建jian立li好hao壓ya縮suo模mo型xing之zhi後hou，對dui模mo型xing其qi進jin行xing網wang格ge化hua分fen。網wang格ge劃hua分fen是shi整zheng個ge分fen析xi過guo程cheng最zui重zhong要yao的de步bu驟zhou之zhi一yi，劃hua分fen網wang格ge時shi對dui不bu同tong材cai料liao構gou件jian設she置zhi相xiang應ying的de材cai料liao屬shu性xing。網wang格ge劃hua分fen的de好hao壞huai對dui計ji算suan結jie果guo的de準zhun確que性xing和he計ji算suan進jin度du有you很hen大da的de影ying響xiang，如ru果guo網wang格ge劃hua分fen的de不bu合he理li可ke能neng會hui導dao致zhi計ji算suan結jie果guo不bu準zhun確que，嚴yan重zhong時shi不bu收shou斂lian。
一般網格劃分有兩種方式：自(zi)由(you)網(wang)格(ge)劃(hua)分(fen)和(he)映(ying)射(she)網(wang)格(ge)劃(hua)分(fen)。自(zi)由(you)網(wang)格(ge)劃(hua)分(fen)沒(mei)有(you)特(te)定(ding)的(de)規(gui)則(ze)，對(dui)單(dan)元(yuan)形(xing)狀(zhuang)沒(mei)有(you)任(ren)何(he)要(yao)求(qiu)，基(ji)本(ben)適(shi)用(yong)於(yu)所(suo)有(you)的(de)模(mo)型(xing)，劃(hua)分(fen)的(de)網(wang)格(ge)也(ye)不(bu)規(gui)則(ze)。映(ying)射(she)網(wang)格(ge)劃(hua)分(fen)比(bi)較(jiao)規(gui)則(ze)，一(yi)般(ban)映(ying)射(she)體(ti)網(wang)格(ge)隻(zhi)包(bao)含(han)六(liu)麵(mian)體(ti)單(dan)元(yuan)，而(er)映(ying)射(she)麵(mian)網(wang)格(ge)既(ji)包(bao)含(han)三(san)角(jiao)形(xing)又(you)包(bao)含(han)四(si)邊(bian)形(xing)形(xing)單(dan)元(yuan)。映(ying)射(she)網(wang)格(ge)劃(hua)分(fen)適(shi)用(yong)於(yu)形(xing)狀(zhuang)規(gui)則(ze)的(de)麵(mian)或(huo)體(ti)。選(xuan)擇(ze)好(hao)網(wang)格(ge)類(lei)型(xing)對(dui)建(jian)好(hao)的(de)模(mo)型(xing)進(jin)行(xing)網(wang)格(ge)劃(hua)分(fen)很(hen)重(zhong)要(yao)，對(dui)計(ji)算(suan)時(shi)間(jian)和(he)結(jie)果(guo)影(ying)響(xiang)很(hen)大(da)。根(gen)據(ju)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)確(que)定(ding)采(cai)用(yong)自(zi)由(you)還(hai)是(shi)映(ying)射(she)網(wang)格(ge)進(jin)行(xing)分(fen)析(xi)。在(zai)本(ben)文(wen)中(zhong)，由(you)於(yu)模(mo)型(xing)形(xing)狀(zhuang)比(bi)較(jiao)規(gui)則(ze)，采(cai)用(yong)易(yi)於(yu)收(shou)斂(lian)的(de)映(ying)射(she)網(wang)格(ge)劃(hua)分(fen)。劃(hua)分(fen)的(de)網(wang)格(ge)如(ru)圖(tu)4-3所示。
4.1.4接觸單元的定義
秸稈物料在致密成型過程中物料和模具之間存在摩擦和擠壓的現象，涉及到了接觸問題，所以必須建立接觸單元，進行接觸分析。
接觸問題一般分為剛體和柔體的接觸、半柔體和柔體接觸兩種類型。當剛體和柔體接觸時，一個或多個接觸麵被當作剛體。在軟質材料和硬質材料接觸時，‘可(ke)看(kan)做(zuo)為(wei)柔(rou)體(ti)一(yi)剛(gang)體(ti)的(de)接(jie)觸(chu)問(wen)題(ti)，許(xu)多(duo)非(fei)金(jin)屬(shu)和(he)金(jin)屬(shu)成(cheng)型(xing)問(wen)題(ti)都(dou)屬(shu)於(yu)柔(rou)體(ti)一(yi)剛(gang)體(ti)的(de)接(jie)觸(chu)問(wen)題(ti)。另(ling)一(yi)類(lei)，是(shi)軟(ruan)質(zhi)材(cai)料(liao)和(he)軟(ruan)質(zhi)材(cai)料(liao)的(de)接(jie)觸(chu)，即(ji)柔(rou)體(ti)一(yi)柔(rou)體(ti)的(de)接(jie)觸(chu)，是(shi)一(yi)種(zhong)比(bi)較(jiao)常(chang)見(jian)的(de)接(jie)觸(chu)類(lei)型(xing)，通(tong)常(chang)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，兩(liang)個(ge)接(jie)觸(chu)體(ti)有(you)近(jin)似(si)的(de)剛(gang)度(du)，它(ta)們(men)都(dou)屬(shu)於(yu)變(bian)形(xing)體(ti)。
前麵所述生物質秸稈由於成型擠壓過程中擠壓模和玉米秸稈之間存在擠壓、滑動摩擦現象，進行有限元分析時必須建立接觸副( Contact Pair)。
ANSYS支持三種接觸方式：點一點接觸，點一麵接觸，‘麵—麵接觸。
zaifenxiwentishibixuquerenmoxingzhongdenaxiebufenkenenghuixianghujiechu，ranhouzaigeijiechuwentijianmo，ruguoxianghujiechudeshiyidian，namemoxingduiyingdezuyuanjiushiyigejiedian。ruguoxianghujiechudeyouyigeshimian，namemoxingdeduiyingzuyuanshidanyuan。youxianyuanmoxingjiechupipeiduitongguozhidingdejiechudanyuanlaishibie，jiechudanyuanshiyicengdanyuan，tazhuyaoyifuzaifenximoxingjiechumianzhishangde[55l，
1)麵一麵的接觸單元 ，
ANSYS中提供了用來處理剛體一柔體和柔體—柔體麵麵接觸問題的單元，實體的接觸關係通過這些單元“目標麵”和“接觸對”來模擬。
剛性麵被當作“目標麵”，分別用Targe169和Targe170來模擬，柔性體的表麵被當作“接觸麵”，用Conta171，Conta172，Conta173，Conta174來模。擬一個“接觸對”包括一個目標單元和一個接觸單元。共享的實常數實現了接觸對的程序，通常給建立好的“接觸對”的指定相同的實常數。
麵一麵接觸與點—麵接觸相比有以下優點：
①支持大變形，協調剛度陣計算，不對稱單元剛度陣的計算等。
②支持低階單元和高階單元。
③提供可用於工程目的采用的更合適的接觸結果，如法向壓力和摩擦應力。
④沒有剛體表麵形狀的限製，允許有自然的或網格離散引起的表麵不連續。
⑤與點一麵接觸單元相比，不需要較多的接觸單元，因而造成需要較小的磁盤空間和CPU計算時間較短。
⑥允許多種建模控製，如目標麵自動移動到初始接觸位置、綁定接觸、平移接觸麵和支持單元死活等。
2)點一麵接觸單元
點一麵的接觸行為主要通過點一麵接觸單元來建模。Contact175、Contact26、Contact48和Contact49都是點一麵接觸單元，都支持相對滑動、大變形，接觸麵之間也不需要保持一致的網格。麵一麵的接觸問題可以通過點一麵的接觸單元定義一組節點定義接觸麵來模擬。
3)點一點接觸單元
dianyidiandejiechuxingweizhuyaotongguodianyidianjiechudanyuanlaimoni。weileshiyongdianyidianjiechudanyuan，bixuzhidaojiechuweizhi，dianyidiandejiechuwentijinshiyongyujiechumianzhijianyoujiaoxiaoxiangduihuadong。
本文中模具的剛度遠大於秸稈物料的剛度，模具與秸稈物料之間的接觸是軟質材料與硬質材料之間的接觸，屬於一對剛體—柔體接觸。摩擦行為由庫侖定律處理，摩擦係數取0.2。采用二維的麵麵接觸單元(TARGET169和CONTACT172)，模具是剛性體，為目標麵，用TARGET169單元；玉米秸稈是柔性體，為接觸麵，用CONTACT172單元。接觸對模型如圖4-4所示。
4.2施加載荷並求解
ANSYS軟件中的載荷包括了所有的邊界條件（約束、支承或邊界場的參數）、外部或內部的作用效應。我們所用的荷載一般分為六種不同類型：
1) DOF約束(DOF constraint):用於對模型自由度的限定，已知量表示某個給定的自由度。
2)力( force):施加在模型節點上的集中載荷。
3)表麵載荷(surface load):施加於某個單元上的分布載荷，包括線分布和麵分布。
4)體積載荷(body load):為體積或場載荷，作用在體積或場域內。
5)慣性載荷(inertia loads):主要用在結構分析中，是由慣性引起的載荷。
6)耦合場載荷(coupled-fidld loads):是上載荷的一種特殊情況，一種結果作用為另一分析的載荷。
本(ben)文(wen)主(zhu)要(yao)模(mo)擬(ni)秸(jie)稈(gan)致(zhi)密(mi)成(cheng)型(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)應(ying)力(li)應(ying)變(bian)分(fen)布(bu)以(yi)及(ji)模(mo)具(ju)內(nei)物(wu)料(liao)的(de)流(liu)變(bian)規(gui)律(lv)，分(fen)析(xi)物(wu)料(liao)的(de)受(shou)力(li)和(he)變(bian)形(xing)問(wen)題(ti)。給(gei)模(mo)具(ju)的(de)外(wai)表(biao)麵(mian)和(he)底(di)部(bu)施(shi)加(jia)固(gu)定(ding)約(yue)束(shu)，給(gei)物(wu)料(liao)上(shang)表(biao)麵(mian)施(shi)加(jia)一(yi)個(ge)Y方向的位移載荷，如圖4-5所示。
完成了約束及載荷的施加，進入ANSYS求解器(solution)，由(you)於(yu)生(sheng)物(wu)質(zhi)致(zhi)密(mi)成(cheng)型(xing)屬(shu)於(yu)非(fei)線(xian)性(xing)問(wen)題(ti)，容(rong)易(yi)出(chu)現(xian)不(bu)收(shou)斂(lian)的(de)情(qing)況(kuang)，為(wei)避(bi)免(mian)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)不(bu)收(shou)斂(lian)，在(zai)本(ben)文(wen)分(fen)析(xi)時(shi)針(zhen)對(dui)非(fei)線(xian)性(xing)分(fen)析(xi)的(de)選(xuan)項(xiang)中(zhong)打(da)開(kai)了(le)線(xian)性(xing)搜(sou)索(suo)和(he)變(bian)形(xing)預(yu)測(ce)，設(she)定(ding)大(da)位(wei)移(yi)選(xuan)項(xiang)( Largedisplacement static)並在求解選項中打開了自動時間步長，計算時選用選Full N-Runsyrnm求解器，如圖4-6所示。
完成求解設置以後便可以進行靜態結構有限元分析。
三門峽富通新能源生產銷售顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機、木屑顆粒機等生物質燃料飼料成型機械設備，同時我們還有大量的生物質顆粒燃料出售。
