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

1、博士學位論文煤餅搗固過程修正Duncan—Chang本構(gòu)模型及數(shù)值計算研究ResearchonStampingCoalCakeProcessModifiedDuncan—ChangConstitutiveModelandItsNumericalCalculation學號：!Q璺Q壘QQ壘答辯日期：呈Q!墨!Q金：!魚大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學博士學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成煤餅的搗固工況。然而由于煤餅搗固過程研究的不足，致使當前搗固各相關設備的設計欠缺理論支撐，仍以經(jīng)驗類比為主，是制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸。當前搗固過程計算采用的離散介質(zhì)法不能適應實際煤餅顆粒規(guī)模，無法為工程設計提供足夠依據(jù)：而若采用連續(xù)介質(zhì)法計算，又難以找到適用于煤餅搗固過程工程計算的本構(gòu)關系模型。針對這一情況，課題圍繞煤餅搗固過程的數(shù)值計算問題，采

3、用有限元法，通過建立合適的本構(gòu)模型、現(xiàn)場實驗與分析、探尋計算方法等研究，實現(xiàn)了煤餅搗固過程的定量描述，使改進搗固相關設備的設計成為可能；并以之為基礎為相關設備的工程設計、分析和改進提供理論支撐，為搗固煉焦的進一步發(fā)展奠定了基礎。課題主要研究工作如下：(1)建立了用于搗固煤餅過程計算的本構(gòu)關系模型。該模型以土力學中彈性非線性DuncanChang本構(gòu)模型為基礎進行修正，在保留其工程易用性的同時，通過融入粘彈性力學中的Kelvin和Maxw

4、ell模型的結(jié)構(gòu)使其具備了材料阻尼等動力性質(zhì)，從而為采用有限元法計算煤餅搗固過程奠定了理論基礎。其間推導了新建模型在三維空間下的偏微分方程組并求解了其應力增量數(shù)值解。還給出了一種通過從初時刻開始進行應力狀態(tài)向量累積的方法用以解決Duncan元件初應力分配問題。(2)設計實施了一系列測試，為數(shù)值計算提供了數(shù)據(jù)準備和驗證參考。首先通過預實驗獲取必要參數(shù)，隨后采用單位力法對裝煤車整體結(jié)構(gòu)進行了初步分析，結(jié)合預實驗擬定了測點和測試方案。測試獲取

5、了搗固過程中煤槽側(cè)壁、底板壓力和裝煤車結(jié)構(gòu)關鍵部位應力，并通過三軸試驗測試得到了煤餅參數(shù)，為搗固過程數(shù)值計算和結(jié)果的驗證奠定了數(shù)據(jù)基礎。同時測試數(shù)據(jù)本身也填補了該領域的空白，其分析處理結(jié)果也可為設計提供指導。在測試中還設計了一套用于深窄槽散料或土體的側(cè)壓測試的支護裝置。(3)應用課題提出的修正Duncan—Chang模型，實現(xiàn)了搗固過程的數(shù)值計算。將搗固過程數(shù)值計算分為單次沖擊計算和連續(xù)沖擊計算，分別對其各自的計算理論和計算方法進行了探