秸秆类生物质成型热黏塑性本构模型构建

来源：农业工程学报杂志2015年第8期北京时间：

作者：孙启新,陈书法,董玉平,

摘要：针对生物质颗粒生产能耗高、效率低的现状，该文从生物质组成角度，特别是木质素特性出发探讨其成型机理。秸秆成型过程由于内摩擦力的作用产生大量热量，温度的上升会造成木质素的软化，木质素的这一变化为纤维颗粒的团聚提供了黏结力。温度和木质素特性对生物质塑性成型性能产生巨大影响，是热黏塑变形过程。为研究生物质内部特性对塑性成型过程的影响，运用内时理论，以玉米秸秆、小麦秸秆和水稻秸秆为研究对象，构建了秸秆类生物质压缩成型内时本构方程。借助黏土流动理论，推导定义生物质黏塑性强化函数和核函数，运用数值分析和试验得出本构方程的系数。与试验数据相比较，基于内时理论的热黏塑性本构模型较好的模拟了生物质塑性流变过程。结果显示，向秸秆中添加20%的木质素，可有效提高其塑性流动性能，降低其在相同应变下的应力以及生产能耗；当成型温度在100～115℃之间，应变率在1×102～1×103 s-1之间，对于木质素质量分数分别为29%的玉米秸秆、33.5%的小麦秸秆和34.3%的水稻秸秆的固化成型性能最好。

关键词：生物质, 木质素, 秸秆, 热黏塑性, 内时理论, 本构模型