【畢業(yè)學位論文】大粒徑秸稈壓縮成型的有限元分析及設(shè)備設(shè)計

目 錄1緒論 .本課題的研究背景 .國內(nèi)外研究狀況 .研究目的和意義 .研究目標和內(nèi)容 .大粒徑生物質(zhì)壓縮成型的原理 .大粒徑生物質(zhì)壓縮成型的過程研究 .大粒徑生物質(zhì)壓縮過程的 .模擬結(jié)果的分析 .文章小結(jié) .成型溫度場的有限元分析基本理論 .大粒徑生物質(zhì)溫度場有限元分析過程 .立模型 .示結(jié)果 .文章小結(jié) .大粒徑生物質(zhì)燃料壓縮成型的影響因素分析 .大粒徑生物質(zhì)燃料壓縮的試驗研究 .文章小結(jié) .設(shè)計指導思想 .液壓缸的設(shè)計 .液壓缸尺寸參數(shù)的計算 .液壓缸的密封設(shè)計 .其他重要部分的設(shè)計 .其它關(guān)鍵部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .文章小結(jié) .總結(jié) .展望 . .攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文 .章 緒 論11緒論本篇文章首先主要的部分是介紹了本課題目前的研究背景、國內(nèi)外研究的狀況 、 研究的目的和意義以及研究的目標和內(nèi)容 。 其次再通過對這一課題的綜合研究來設(shè)計出一種新型的大粒徑生物質(zhì)燃料壓縮成型設(shè)備 ， 為的是使這種設(shè)備有如下優(yōu)點 ： 成本低但效率高 、 結(jié)構(gòu)較為簡單 、 工作狀況良好 、 性能更加穩(wěn)定等 。 這種大粒徑生物質(zhì)燃料壓縮成型設(shè)備比現(xiàn)有的生物質(zhì)成型設(shè)備能夠在經(jīng)濟條件相對落后 、 能源相對缺乏 、 原料相對充足的農(nóng)村推廣的時候擁有較大的發(fā)展空間和很明顯的經(jīng)濟效益 ， 這樣可以使國內(nèi)大量的生物質(zhì)秸稈資源得到非常合理的利用 ， 為今后生物質(zhì)廢棄材料的處理提供了一種更加有效的途徑和方法。 中之一是可再生資源 ；另外一種則是不可再的生有限資源 。 現(xiàn)如今天然氣 、 煤炭以及石油這三種重要的珍貴能源都已經(jīng)納入了不可再生資源的范疇 1。 一些學者研究分析發(fā)現(xiàn)以上三種主要能源的儲存量只能夠全世界的人采用 100年，說明了這些資源對于人類來說這是非常有限的 ， 因此 全世界的國家都著手準備 開發(fā)新的能源來 完全代替這三大有限且不可以再生的 能源 。每個國家都很重視開發(fā)新能源 ， 因為這樣做對各國 經(jīng)濟 的 持續(xù)發(fā) 展很重要 ， 發(fā)展新型能源也是象征著社會正在進步一個重要標志 。 在新能源中就數(shù)生物質(zhì)秸稈材料轉(zhuǎn)化的能源是最安全和最穩(wěn)定的能源 。 有資料說明現(xiàn)在可以通過一些比較高端的技術(shù)來生產(chǎn)出很多不同種類的可代替能源 。 從過去到目前為止世界上的各個國家 都 在竭盡全力 開發(fā) 出 生物質(zhì)能 及其相關(guān) 技術(shù)2。為了 保護 自己國家 的 不可再生 能源 及其有限的 資 源，同時也是為了各自的國家在經(jīng)濟上的可持續(xù)發(fā)展提供一種有力保障 ， 各國的資源戰(zhàn)略逐漸向生物質(zhì)能資源傾斜。 像生物質(zhì)秸稈資源這么非常豐富的資源存在于地球上的各個地方 。 根據(jù)有關(guān)學者估算 ， 世界上現(xiàn)在每年消耗的有機資源的總凈產(chǎn)量大約為 1390到 1810億噸 。 這 其中 存在于陸地上的有機資源的凈 產(chǎn)量 大 約為 1110億噸，約占整個游擊資源凈產(chǎn)量的 70%3。 僅僅在 我國 的生物質(zhì) 秸稈 資源每 年 的 總產(chǎn)量 約為 7億噸 。 在這些產(chǎn)量 中 能夠 作 為生物質(zhì) 燃料的秸稈 材料大約 占 到總生物質(zhì) 秸稈 資源生產(chǎn)量的 50%左右， 而且這樣的比例在 我國農(nóng)村 日 常 生 活 耗 能 的 占 有率 達到 了 40%左 右4。 作為 可再 生 利用 資源 的 生 物質(zhì) 能 源消 費總量通常都排在石油 、 煤炭和天然氣的后面 ， 現(xiàn)在排名位子位于全世界第四 位 。 但作為 一第 1章 緒 論2種 能源 來說直接利用它燃燒來獲取熱能是最普遍的 ， 因為這種燃燒方式在生物質(zhì)燃燒特性 比 較 差 的 情 況 下 有 效 的 利 用 率 較 低 ， 一 般 約 為 10%到 20%。 除 此 之 外 我 國 如 今 已 經(jīng) 有一部分的大中型城市開始禁止焚燒 6噸及其 以 下重量的生活用爐灶和燃煤鍋爐 。 取而代之的是采用清潔燃料比如說 天然氣 、 風能發(fā) 電等 。 但 是這樣的做法 對 于我國 各 個小地方的 居民來 說其價格是在是太高了 ， 對某些貧困家庭來說導致?lián)浅５闹?。 若果要是能夠利 用 附 近 的 可 再 生 資 源 生 物 質(zhì) 秸 稈 作 為 鍋 爐 及 其 附 屬 設(shè) 備 燃 燒 的 燃 料 就 可 以 改 變 這 種現(xiàn)狀了 4。我 國 2005年 就 開 始 正 式 將 風 能 、 水 能 、 太 陽 能 、 海 洋 能 、 地 熱 能 、 生 物 質(zhì) 能 等 能源定為可再生能源 。 這樣就使得可再生能源的全力開發(fā)和有效利用有了可持續(xù)發(fā)展的空間 ， 同時這樣做也為生物質(zhì)能源的全力開發(fā)和有效利用提供了政策上的全力支持和相關(guān)的法律依據(jù)。相比其他能源，這樣的能源生產(chǎn)成本較低且易于實現(xiàn)生產(chǎn)制造 5。 前 為 止 我 們 國 家 的 生 物 質(zhì) 壓 縮 成 型 設(shè) 備 特 別 是 大 粒 徑 的 生 物 質(zhì) 壓 縮 成 型 設(shè) 備在實用性上的改進還存在不足 ， 在生產(chǎn)上也有一些有待改進的地方 。 這樣以來我國就有必要在實踐方面對生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備的工藝進行參數(shù)優(yōu)化和總體結(jié)構(gòu)改進 6（ 1）管 絲 軸 圖 擠 壓式 成型 機 的 結(jié) 構(gòu)簡 圖如圖 原理是利用了 螺桿 將 生物質(zhì) 原材料擠壓成型的同時從內(nèi)部 輸送 再將其 推進 到錐形套筒內(nèi) 。 與此同時生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備的成型套筒外部都會使用一些電熱元器件來給錐形成型套筒加熱 。第 1章 緒 論3當 生 物 質(zhì) 燃 料 的 成 型 溫 度 在 140 到 310 時 其 纖 維 素 、 木 質(zhì) 素 等 內(nèi) 部 物 質(zhì) 會 軟 化 ， 在這個時侯的生物質(zhì)燃料比較容易被擠壓成型 。 一般來說從生物質(zhì)成型設(shè)備成型套筒被擠壓出來的 成型燃料 的直徑 為 套筒端部直徑大小 的棒 或塊狀燃料 ?，F(xiàn) 在 制 約 著 螺 旋 式 成 型 設(shè) 備 商 業(yè) 化 生 產(chǎn) 和 開 發(fā) 利 用 的 首 要 技 術(shù) 問 題 當 中 有 一 個 是這樣生產(chǎn)出來的單位產(chǎn)品能源消耗很高 ， 而且該單位的生產(chǎn)率相對其他單位的生產(chǎn)率來說又比較低 ； 另一個問題就是壓縮成型過程中的零部件磨損問題 ， 尤其是錐形成型套筒內(nèi)的螺桿磨損非常嚴重 。 而且一般普通材質(zhì)螺桿的使用壽命非常的有限 ， 雖然可以通過噴涂 、 堆焊和使用耐磨材質(zhì)可以提高螺桿的使用壽命 ， 但是這些螺桿成型工藝很復雜導致成本增大。 （ 2）活塞式擠壓成型機像活塞式生物質(zhì)壓縮成型機按照其驅(qū)動力的方式不同又可以分為兩類 ： 其中之一 是利 用發(fā)動機 或者是電動機通 過機械 傳動的方式來使生物質(zhì)壓縮成型機驅(qū)動起來 ， 這樣的成型機就為機械驅(qū)動活塞式成型機 ； 另一類生物質(zhì)壓縮成型機是利用液壓的方式來驅(qū)動的 ， 這種生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備就是液壓驅(qū)動活塞式成型機 。 有研究 表明 ： 將 活塞沖壓式生物質(zhì)壓縮 成型機 和 螺旋擠壓式 壓縮 成型機相 對 比 ， 前者的構(gòu)造 明顯改善了 壓縮 成型部件 如 螺桿 經(jīng)常 會 磨 損嚴 重 的現(xiàn) 象 9 活 塞沖 壓式 生 物質(zhì) 壓縮 成 型機 螺 桿的 使用 壽命 一般都可以超過 200小時 ， 并 且 在生產(chǎn)的時候該機型的 單位產(chǎn)品能耗 能夠 下降 很多 。 但 是現(xiàn)在研發(fā)出來的 機械驅(qū)動活 塞式生物質(zhì)壓縮成型機也有它的缺點 ： 由于這種生物質(zhì)壓縮成型機的振動負荷較大 ， 所以就會造成其運行的穩(wěn)定性不好 ， 另外一個重要的方面又會導致很大的生產(chǎn)噪音 。 還有一點是活塞式生物質(zhì)壓縮成型機的活塞運動速度比機械驅(qū)動活塞式成型機的機械驅(qū)動運動速度低很多 ， 所以生物質(zhì)壓縮燃料的產(chǎn)量就會受到一些較大的影響。 燃 料圖 式 擠壓 成型 機 的 結(jié) 構(gòu) 簡 圖如圖 塞式擠壓 成型機 的 端部錐形 成型模具部為 “ 閉式 ” 壓縮 ，這種 壓縮 方第 1章 緒 論4法 是 指 用 活動 柱塞 對裝入壓模內(nèi)的生物質(zhì)秸稈原材料進行擠壓 ， 形成高密度的成型物后取出樣品，這種成型機的成型內(nèi)腔是封閉的。 （ 3）壓輥式成型機壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機一般用在顆粒狀壓縮成型燃料的生產(chǎn)上面 ， 為了能夠使生物質(zhì)燃料完全成型 ， 壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機的基本工作部件主要由其壓模和壓輥組成的。這種壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機對生物質(zhì)秸稈原材料的含水率要求不高，通常在 10%到 40%時就 能 夠較好的 成型。 如圖 刀 具 顆 粒 原 料 圖 模壓 輥式 擠壓 成型 機 的 結(jié) 構(gòu) 簡 刀 具 顆 粒 原 料 圖 模 壓輥 式擠 壓成 型機 的 結(jié) 構(gòu) 簡 圖相比起平模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機而言 ， 環(huán)模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機的耗電較少 、 產(chǎn)量較大 。 由于平模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機的正常運行轉(zhuǎn)速比環(huán)模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機要低一些 ， 導致平模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機的產(chǎn)量比環(huán)模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機的產(chǎn)量小。與此同時由于平模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機的轉(zhuǎn)速低而且壓力大 ，第 1章 緒 論5導致了壓制生物質(zhì)秸稈材料的時候產(chǎn)出的生物質(zhì)燃料的顆粒密度較大 。 像木屑和秸稈這類難以成型的粗糙纖維就需要較大的壓力 。 環(huán)模壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機的模具壓輪軸承容易磨損，因為結(jié)構(gòu)限制了壓力不可調(diào)，在壓制一些粗纖維物料時可能會超出負荷 。平模成型機的壓輪直徑大小不會受到模具直徑的限制，因為加大了內(nèi)部裝軸的空間 ， 可以用大型號軸承加強壓輪的載荷能力 ， 這樣既能提高壓輪的承受能力又可以延長使用壽命 9。成型原料麥木屑、秸稈等生物質(zhì)原料含有大量纖維素、木質(zhì)素，由于他們聯(lián)系緊密 ， 輥壓磨具在對這類原料進行擠壓時 ， 需克服極大的應力做功 ， 所以磨具通常磨損嚴重 10。 此外 ， 壓輥式生物質(zhì)壓縮成型機還有一些缺點 。 例如這種成型機的振動大 、 噪聲大，并且在使用的過程中還要配備專門的燃燒鍋爐，非常不方便。 目前在利用生物質(zhì)能的發(fā)展過程期間 ， 我國吸取了發(fā)達國家的經(jīng)驗 ， 然后結(jié)合我國自 身 的 情 況 生 產(chǎn) 了 一 些 適 合 我 國 使 用 的 生 物 質(zhì) 壓 縮 成 型 機 711 國 內(nèi) 已 經(jīng) 有 研 究 人 員和 機 構(gòu) 研 發(fā) 出 了 質(zhì) 擠 壓 式 秸 稈 成 型 機 12； 在 遼 寧 省 能 源 研 究 所 開 發(fā) 出 了型 顆 粒 生 物 質(zhì) 壓 縮 成 型 以 后 ， 中 國 農(nóng) 機 能 源 動 力 研 究 所 就 研 發(fā) 出 了 體 。 在這之后 成型機 又通過 不斷 的 改進 使其性能得到極大提高 ， 克服了很多其他成型機不易處理秸稈廢棄物的問題13。 2003年 有的項目 又得到 了政府的支持 ， 隨后就可以將 秸稈擠壓 成 完全成型燃燒材料 并且 在農(nóng) 村利用起來 14 為了研發(fā)出先進的機型及其技術(shù)投入了大量的人力物力 。 到目前為止 ， 國外的生物質(zhì)成型機主要有 4種 ： 顆 粒成型機 、螺旋連續(xù)擠壓成型機 、 液壓活塞式成型機和機械活塞式成型機 16。 最早研制出的生物質(zhì)成型機是螺旋擠壓式成型機 ， 當時這種成型設(shè)備有很多的優(yōu)點例如如運行平穩(wěn) 、 能夠連續(xù)生產(chǎn)、生產(chǎn)的成型燃料易燃等。 活塞擠壓式生物質(zhì)壓縮成型機改變了成型的部件 ， 這樣就可以 大幅提高成型部件的使用壽命 。 同時 改變了 原料 的 作用方式 來 降低 生物質(zhì)燃料單位產(chǎn)品的能耗 。 根據(jù)其驅(qū)動力來源不同 ， 這類型的生物質(zhì)應力壓縮成型機又分為液壓活塞式和機械活塞式這兩種類型 。早在 1976年 ， 美國就率先 成功 的研發(fā)出 了生物質(zhì)顆粒成型機 及其配套的 燃燒設(shè)備 ；在 從美 國引進成型燃料的相關(guān)生物質(zhì)燃料的生產(chǎn)技術(shù)之前 ， 他們就已經(jīng) 開始應用機械活塞 式成型機及其相關(guān)技術(shù)來處理農(nóng)林生物質(zhì)材料的廢棄物 ； 亞洲有些國家在成型機銷售市場當中也占據(jù)著一定的主導地位。在早期就在各地修建生物質(zhì)致密成型研究的基地 。其他一些國家也對 生 物質(zhì)成型技術(shù)重視起來 ， 經(jīng)過研究 ， 也能研發(fā)顆粒成型機 、 活塞式成型機及其配套燃燒設(shè)備17第 1章 緒 為一種分散型的能源存在 ， 生物質(zhì)有能源也有一些缺點嚴重限制了生物質(zhì)能源大規(guī)模應用的能力 ， 這當中有著相當多的生物質(zhì)不能有效而充分的利用 。 因為我們國家的生物質(zhì)原材料資源很豐富 ， 現(xiàn)在如能將其轉(zhuǎn)化成為清潔 、 方便的能源 ， 那么這將有著十分顯著的社會效益 ， 對我國的可持續(xù)發(fā)展非常有利 。 因此 ， 生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化技術(shù)引起了政府的關(guān)注和人們的興趣 ， 尤其是生物質(zhì)固化成型技術(shù) 。 現(xiàn)如今正在研究的生物質(zhì)固化壓縮成型燃料有著很多的優(yōu)點符合了現(xiàn)代化新型農(nóng)村發(fā)展的要求 。 開發(fā)生物質(zhì)能源不僅可以減輕環(huán)境污染還可以解決能源危機和保護生態(tài)環(huán)境。 通過研究本課題 ， 研發(fā)出一種大粒徑生物質(zhì)壓縮成型機 ， 在保持原有生物質(zhì)壓縮成型機原有優(yōu)點的基礎(chǔ)上使其有著造價低 、 結(jié)構(gòu)簡單 、 效率高 、 工況良好 、 系統(tǒng)性能穩(wěn)定等優(yōu)點 。 現(xiàn)在的常規(guī)能源很有限 ， 所以生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的出現(xiàn)在推廣的時候有了發(fā)展的空間。 )應 用 料擠壓 成型 的 過程 進行模擬并且對壓縮過程中 加熱生物質(zhì) 燃料的 內(nèi)溫度場 分布的進行分析 。 為了試驗研究 、 分析生物質(zhì)擠壓成型受哪些主要因素的影響 ， 本課題要運用 (2)通過 對擠壓 和壓縮 成型模 具和 進料裝置進行改進， 使生物質(zhì)燃料 成型更容 易 、進料更簡捷 并保證很高的成型質(zhì)量和工作效率。本課題液壓設(shè)計中的參數(shù)進行校核 ， 這樣有利使液壓系統(tǒng)運作得更合理并簡化設(shè)備的總結(jié)構(gòu)布局。 (3)本課題為了 設(shè)計 出 一種 液壓 活塞式 大粒徑 生物質(zhì)壓縮成型設(shè)備 ， 這種設(shè)備 有 著生 產(chǎn)成本低 、 原料運費少 、 田間作業(yè)便利 、 使用壽命長 等特點 。 新型的生物質(zhì)壓縮成型機比原來的機型對生物質(zhì)秸稈原料的要求更低，而且降低了對生物質(zhì)原料的濕度要求 ，本 課 題 的 設(shè) 計 的 成 型 機 并 不 需 要 其 他 的 配 套 設(shè) 備 來 配 合 所 設(shè) 計 的 大 粒 徑 生 物 質(zhì) 壓 縮 成型機。 物質(zhì) 擠壓 成型 過程中的生物質(zhì)原料變形形態(tài) 、 應力 、 內(nèi)部位移規(guī)律等 ， 為找第 1章 緒 論7出各因素對成型燃料狀燃料的影響 ， 合理運用 機 械 部 件 進 行 分 析 時 給 出 重 要 依 據(jù) 。 對 加 熱 前 后 生 物 質(zhì) 材 料 的 內(nèi) 部 溫 度 場 進 行 模擬 ，為以后的壓縮工藝做好準備。 進行生物質(zhì)壓縮 成型機 的原理 分析 是為了 對生物質(zhì) 壓縮 成型 過程的參數(shù)進行分析 ，以此來 確定 影響成型的各個主要因素和 成型條件 ， 為生物質(zhì)壓縮成型機總體設(shè)計提供充分的理論數(shù)據(jù)。 在 進 行 生 物 質(zhì) 壓 縮 成 型 機 總 體 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 之 前 根 根 據(jù) 生 產(chǎn) 條 件 和 加 工 要 求 實 行 系 統(tǒng)設(shè)計 分析 。并著重對擠壓成型模具、進料裝置、和液壓系統(tǒng)設(shè)計進行計算。第 2章 生 物質(zhì) 壓縮 成型 的有 限元 模擬 分析82大粒徑 生物質(zhì)壓縮成型 的 以能夠在不添加粘結(jié)劑的情況下加熱壓縮成型。木材中的木質(zhì)素含量一般為 26%到 3%， 當用 木質(zhì)素衍射 時顯示 木質(zhì)素 是以苯 丙烷為其主體結(jié)構(gòu)的非晶體 。 通常有三種最基本的結(jié)構(gòu) ： 愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu) 、 紫丁香基結(jié)構(gòu)和對梭苯基結(jié)構(gòu) 。 但是木質(zhì)素具有一種玻璃態(tài)的是軟化點 ， 這一種轉(zhuǎn)化溫度的軟化點和木質(zhì)素本身處于什么形態(tài)和其結(jié)構(gòu)有著很大的關(guān)系19從試驗的數(shù)據(jù)可以表明 木質(zhì)素開始軟化 的 溫度在 69 到 111 ， 但是它的 粘結(jié)力 從那時 開始增加 1923 而當溫度到 190 到 310 的 時 候木質(zhì)素就 可以熔融 了 。 這個時候就在與最大應力垂直的方向上的原料顆粒通常相互嚙合 。 但是在與最小應力垂直的方向上 ， 原料顆粒通常相互靠緊 ， 那么這樣就使得生物質(zhì)的體積縮小 、 密度增大 ， 這樣就可以維持固定的形狀，因為這時的成型材料有一定的強度了。 生 物 質(zhì) 秸 稈 材 料 壓 縮 成 型 的 原 理 可 知 活 塞 式 生 物 質(zhì) 秸 稈 壓 縮 成 型 機 的 壓 縮 過 程是一個連續(xù)擠壓的過程 。 為了方便問題的研究 ， 生物質(zhì)壓縮成型時材料被擠壓的區(qū)域可以分為五個區(qū) ： ： 供料區(qū) 、 壓緊區(qū) 、 穩(wěn)定成型區(qū) 、 塑性成型區(qū)和保型區(qū) 25， 如 圖 活 塞 口 筒 腔 筒圖 質(zhì) 成型 過程 分析 示意 圖第 2章 生 物質(zhì) 壓縮 成型 的有 限元 模擬 分析9從圖 以看到 ， 為了給擠壓 油缸 準備向 預壓輸送 區(qū)域運送生物質(zhì)燃料的區(qū)域 ； 活塞桿 從 封 住生物質(zhì)秸稈進料口以后到生物質(zhì)燃料壓縮成型前即將用活塞 推動 材料 前移 動的 區(qū)域 ； 穩(wěn) 定成 型區(qū) ，是 為了 推 動 材 料 活 塞前 極 限 位 置的 區(qū)域 ； 整個成型過程中 是 最 為 重要 的一段 塑性成型區(qū) 。 因為 物料在 錐形腔里面在加熱的同時受到擠壓變形； 保型區(qū)， 是使壓縮燃料保持成 型 的區(qū)域 ?；钊麠U在壓縮生物質(zhì)燃料時為了將部分空氣排出 、 減小體積 、 使原料壓縮后的密度比一般自然狀態(tài)密度高 ， 那么在供料區(qū)域內(nèi) ， 物料首先被預壓縮 。 活塞每一次行程都完成以此壓縮 。 當活塞到了 置時 ， 生物質(zhì)原材料在推力作用下向前移動 ， 當觸碰到錐型套筒端面時 ， 生物質(zhì)材料的空間內(nèi)被擠壓出空氣而產(chǎn)生塑性變形 。 在材料進入成型區(qū)的這個區(qū)間里柱塞壓力快速增大，這樣會將先前成型的生物質(zhì)原材料擠壓進成型區(qū) 。然后在往復運動的柱塞帶動下保持一定的形狀 。 從保型區(qū)出來后的成型材料還需進過經(jīng)過幾天才可以保持一定的形狀 26。 有一種在力學上可以利用來求解有限單元的方法就是有限元法27。 有限單元分析法可以運用到很多的地方 ， 例如力學中位移場以及應力場分析 、 振動特性分析 、 傳熱學中的流場分析 、 電磁學中電磁場分析等 。 在世紀工程中有許多力學問題都可以用計算機求解 ， 比如靜態(tài)分析 、 動態(tài)分析 、 應力 、 結(jié)構(gòu)變形 、 振型及固有頻率等 。 有限單元分析法是最主要的分析方法 ， 這是因為它的應用性和實用性最最好 。 這種有效性可以從分析線性問題 ， 隨著其技術(shù)的發(fā)展分析非線性的問題 。 不僅如此分析對象也逐漸地廣泛了 ， 從彈性材料到塑性材料 ， 再到粘彈性 ， 最后到符合材料這種連續(xù)體到非連續(xù)體的變化。 問題 進行分析來建立 數(shù)學模型 ， 然后在工程問題的模型確定了之后利用該方法來進行分析 ， 隨后計算求解 。 有限元法的求解思路是先將結(jié)構(gòu)上連續(xù)的區(qū)域進行網(wǎng)格劃分 ， 然后計算被網(wǎng)格劃分后的子域 ， 通過邊界節(jié)點來講子域結(jié)合成一個整體進行分析 。 網(wǎng)格劃分的多少和有限元法的精度和速度有關(guān)系 。 對建立的模型利 用 加 權(quán) 余 量 法 和 等 效 變 分 理 論 來 建 立 需 要 求 解 場 函 數(shù) 節(jié) 點 未 知 量 的 常 微 分 方 程 組 或代數(shù)方程組。方程組以矩陣的形式表示有限元的求解方程，最后用數(shù)值法求解得出解 。第 2章 生 物質(zhì) 壓縮 成型 的有 限元 模擬 在實際工作中遇到的復雜結(jié)構(gòu)體都能離散成為有限元模型 ， 這些模型可以由單元組合體的形式表示 。 這是有限元法對復雜結(jié)構(gòu)的適應性特點 。 這種方法適應于許多物理問題 ， 并且可以解決各種單元互相耦合的問題 。 這是有限元法對問題的適應性 。 在 建立理論上的可靠性 方面 ， 建立有限元方程加權(quán) 余量法已被證明為等效積分 ， 因此有限元法求解的近似程度就會因為模型的正確建立而變高 ， 其結(jié)果也就更加精確 。 若單元是收斂的 ， 那么隨著單元數(shù)的增加以及自由度的增加 ， 求解的結(jié)果也會收斂于數(shù)學模型 。 最后因為有限元法在計算機上實現(xiàn)的高效性使得這種方法常用于解決復雜問題。論上 析過程包 括以下幾 個步驟。分 析 問 題 前 處 理加 載 并 求 解后 處 理結(jié) 果 是 否 合 理問 題 得 到 解 決 元 分析 流程 圖(1)加載求解加 載 求 解 主 要 是 先 求 出 在 節(jié) 點 處 的 自 由 度 ， 然 后 再 求 出 作 用 于 表 面 的 接 觸 分 布 載荷 。 其次再求作用于整個場域中的體積載荷 。 最后再求出由結(jié)構(gòu)的慣性或者是質(zhì)