煤餅搗固過(guò)程修正Duncan-Chang本構(gòu)模型及數(shù)值計(jì)算研究.pdf

1、博士學(xué)位論文煤餅搗固過(guò)程修正Duncan—Chang本構(gòu)模型及數(shù)值計(jì)算研究ResearchonStampingCoalCakeProcessModifiedDuncan—ChangConstitutiveModelandItsNumericalCalculation學(xué)號(hào)：!Q璺Q壘QQ壘答辯日期：呈Q!墨!Q金：!魚大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要搗固煉焦可以在原料中配入較

2、多弱黏性煤并獲得高質(zhì)量焦炭，在煉焦資源日益緊張的今天有著廣闊的前景。搗固煉焦的核心是將煤粉壓實(shí)成煤餅的搗固工況。然而由于煤餅搗固過(guò)程研究的不足，致使當(dāng)前搗固各相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)欠缺理論支撐，仍以經(jīng)驗(yàn)類比為主，是制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。當(dāng)前搗固過(guò)程計(jì)算采用的離散介質(zhì)法不能適應(yīng)實(shí)際煤餅顆粒規(guī)模，無(wú)法為工程設(shè)計(jì)提供足夠依據(jù)：而若采用連續(xù)介質(zhì)法計(jì)算，又難以找到適用于煤餅搗固過(guò)程工程計(jì)算的本構(gòu)關(guān)系模型。針對(duì)這一情況，課題圍繞煤餅搗固過(guò)程的數(shù)值計(jì)算問題，采

3、用有限元法，通過(guò)建立合適的本構(gòu)模型、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)與分析、探尋計(jì)算方法等研究，實(shí)現(xiàn)了煤餅搗固過(guò)程的定量描述，使改進(jìn)搗固相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)成為可能；并以之為基礎(chǔ)為相關(guān)設(shè)備的工程設(shè)計(jì)、分析和改進(jìn)提供理論支撐，為搗固煉焦的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。課題主要研究工作如下：(1)建立了用于搗固煤餅過(guò)程計(jì)算的本構(gòu)關(guān)系模型。該模型以土力學(xué)中彈性非線性DuncanChang本構(gòu)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行修正，在保留其工程易用性的同時(shí)，通過(guò)融入粘彈性力學(xué)中的Kelvin和Maxw

4、ell模型的結(jié)構(gòu)使其具備了材料阻尼等動(dòng)力性質(zhì)，從而為采用有限元法計(jì)算煤餅搗固過(guò)程奠定了理論基礎(chǔ)。其間推導(dǎo)了新建模型在三維空間下的偏微分方程組并求解了其應(yīng)力增量數(shù)值解。還給出了一種通過(guò)從初時(shí)刻開始進(jìn)行應(yīng)力狀態(tài)向量累積的方法用以解決Duncan元件初應(yīng)力分配問題。(2)設(shè)計(jì)實(shí)施了一系列測(cè)試，為數(shù)值計(jì)算提供了數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和驗(yàn)證參考。首先通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)獲取必要參數(shù)，隨后采用單位力法對(duì)裝煤車整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步分析，結(jié)合預(yù)實(shí)驗(yàn)擬定了測(cè)點(diǎn)和測(cè)試方案。測(cè)試獲取

5、了搗固過(guò)程中煤槽側(cè)壁、底板壓力和裝煤車結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位應(yīng)力，并通過(guò)三軸試驗(yàn)測(cè)試得到了煤餅參數(shù)，為搗固過(guò)程數(shù)值計(jì)算和結(jié)果的驗(yàn)證奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。同時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)本身也填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白，其分析處理結(jié)果也可為設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。在測(cè)試中還設(shè)計(jì)了一套用于深窄槽散料或土體的側(cè)壓測(cè)試的支護(hù)裝置。(3)應(yīng)用課題提出的修正Duncan—Chang模型，實(shí)現(xiàn)了搗固過(guò)程的數(shù)值計(jì)算。將搗固過(guò)程數(shù)值計(jì)算分為單次沖擊計(jì)算和連續(xù)沖擊計(jì)算，分別對(duì)其各自的計(jì)算理論和計(jì)算方法進(jìn)行了探