4.3秸稈壓縮過程的ANSYS分析
4.3.1秸稈物料的流變規律
 
    秸稈物料受到擠壓作用后，發生了較大的變形，圖4-7為物料在模具中的擠壓變形情況。
從圖4-7中可以看到，由于秸稈物料和模具表面之間的摩擦力引起剪切應力，致使靠近模具壁的網格發生了大的彎曲變形，中間秸稈物料受到的摩擦力小，所以網格變形小，流動速度比靠近模具的快。隨著物料繼續被擠壓，物料與模具壁之間的摩擦力減小，兩側的變形變小，中間物料變形趨于穩定，物料形狀趨于成型。
4-3.2應力應變的分布
 
圖4-8為物料在X方向的應變分布。
1、由圖4-8可見，秸稈原料與模具錐面接觸處的應變較大，秸稈原料中部位置應變較小，其主要原因是受剪應力的影響。當秸稈原料通過模具錐面時，會產生較大的剪應力和剪應變，促使與模具錐面接觸處的物料向成型腔中移動，致使該處的秸稈原料應變最大。
 
    圖4-9為物料在Y方向的應變分布。
    從圖4-9中可以看出，Y方向應變的最小值位于模具內物料的中部，最大值在模具入口處物料中心處。靠近模具壁處的應變較大，這是由于秸稈發生塑性變形，受到模具摩擦力作用流動出現滯后現象，而模具中心部秸稈物料受到擠壓和摩擦力小向下流動較快。
 
圖4-10為物料的等效塑性應變分布。
    由圖4-10可知，在X方向，秸稈物料在模具入口中心部塑性應變最小，模具錐形角處的塑性應變最大，中心秸稈物料塑性應變比較均勻；這是因為在X方向，秸稈與模具錐面接觸處壓應力比較集中，導致秸稈的塑性應變較大：在Y方向，模具入口處秸稈物料塑性應變最小，隨著物料的下移，靠底部和模具壁處的塑性應變越大。這是由于模具錐面處存在剪應力，導致受壓變形增大，塑性應變也隨之增大。
 
    圖4-11為物料的等效應力分布。
    從圖4-11中可以看出等效應力在錐形角區域附近最大，這是由于物料在錐形區域受到的摩擦力和載荷最大，且與錐形角有很大關系，所以在設計顆粒燃料致密成型機時，合理選擇模具的錐形角度也是到關系工作效率和擠壓模具壽命的重大問題。
 
    摩擦力是秸稈物料致密成型的關鍵因素之一。圖4-12為秸稈在擠壓過程中邊界摩擦應力分布。
    由圖4-12可知秸稈物料在錐形區摩擦力最大。秸稈物料在壓力的作用下慢慢進入模具，與模具壁產生摩擦，在錐形區上端摩擦力較小；隨著擠壓繼續進行，當物料進入錐形區下端時，摩擦力增大，并在錐形角處摩擦力值達到最大。過了錐形區域進入保型孔，摩擦力迅速減小并趨于穩定。這是因為致密成型開始時秸稈物料以壓實為主，物料經擠壓塑性變形的增加；摩擦力迅速增大，在錐形角附近，模具壁側壓力最大，所受載荷和摩擦力達到最大，當物料進入保型孔后，側壓力減小使摩擦力下降并趨于穩定。
4.4本章小結
    本章應用ANSYS對秸稈致密成型進行了模擬。建立了壓縮幾何模型，合理的劃分了網格，恰當的定義了接觸分析和邊界條件，然后進行求解得出物料的流變規律以及應力應變、摩擦力分布，具體內容如下：
    1)分析了秸稈物料在模具內的流變規律，由于剪切力的存在，致使靠近模具壁的地方發生了橫向變形，中間秸稈物料的流動速度比靠近模具的快。
    2)對秸稈致密成型的應力應變進行了分析。在擠壓過程中，秸稈與模具內壁的摩擦力作用以及靜水壓力的改變，造成秸稈成型塊應力應變分布的不均勻，易出現成型表面裂紋等缺陷。等效應變隨相對密度的增大而增加，擠壓力也增加，在模具錐形脛錐角處，其等效應力應變達到最大值。
    3)通過對秸稈致密成型分析，發現不同位移時摩擦力的大小發生了變化，在模具錐形角處摩擦力最大，到成型孔中摩擦力減小隨后便趨于穩定。
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