超聲振動(dòng)超細(xì)粉碎技術(shù)的理論與應(yīng)用研究.pdf

1、超細(xì)粉體以其特有的優(yōu)良特性迅速受到世界各國(guó)的重視。超細(xì)粉體技術(shù)綜合性高，涉及范圍廣，研究起來比較困難。為了獲得粒度更細(xì)的粉體，世界各國(guó)對(duì)超細(xì)粉體的研究重點(diǎn)主要集中在超細(xì)粉碎設(shè)備的更新上，使得超細(xì)粉碎理論的發(fā)展滯后于粉碎設(shè)備的發(fā)展，超細(xì)粉碎理論的研究有還待于進(jìn)一步改進(jìn)和完善。
　　超細(xì)粉體是由大量微小顆粒組成的顆粒群，研究超細(xì)粉碎理論就避免不了研究顆粒的力學(xué)性能。為了研究簡(jiǎn)便，本文以單顆粒破碎為理論研究對(duì)象，建立粉碎數(shù)學(xué)模型。根據(jù)斷

2、裂力學(xué)以及損傷力學(xué)的基本理論，研究單顆粒在粉碎過程中的應(yīng)力變化、裂紋擴(kuò)展條件以及相應(yīng)的能耗關(guān)系。從微觀方面研究材料內(nèi)部導(dǎo)致晶體破碎的依據(jù)，以及使材料達(dá)到破碎所需要的剪切應(yīng)力臨界值。通過上述研究，為材料的裂紋擴(kuò)展以及粉碎提供了重要的理論依據(jù)。
　　超聲粉碎主要是依靠超聲波產(chǎn)生的沖擊力作用于粉碎物料，導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生損傷和裂紋并進(jìn)一步擴(kuò)展，最后達(dá)到粉碎的效果。超聲粉碎系統(tǒng)的優(yōu)劣主要取決于其振動(dòng)位移的大小，因此變幅桿的設(shè)計(jì)就顯得極其重要

3、。本文在進(jìn)行大量理論研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并制造了一個(gè)圓柱圓錐復(fù)合型變幅桿，并計(jì)算變幅桿的性能參數(shù)。通過ANSYS軟件對(duì)該圓柱圓錐復(fù)合型變幅桿進(jìn)行有限元分析，分析其縱向振動(dòng)位移曲線，得到變幅桿的數(shù)值模擬參數(shù)。通過分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)理論推導(dǎo)與有限元分析所得到的數(shù)據(jù)誤差不大，驗(yàn)證了理論推導(dǎo)與有限元分析的一致性。
　　在理論研究的基礎(chǔ)上，通過仿真軟件ANSYS/LS-DYNA模擬超聲波沖擊固體顆粒的應(yīng)力-應(yīng)變過程。觀察固體顆粒的應(yīng)力變化，通過仿

4、真模擬驗(yàn)證利用超聲波進(jìn)行超細(xì)粉碎的可行性。
　　在理論研究以及仿真模擬的基礎(chǔ)上，進(jìn)行超聲粉碎試驗(yàn)。通過改變超聲粉碎的工藝條件，驗(yàn)證超聲粉碎試驗(yàn)的粉碎效果。得到粉碎粒度與粉碎時(shí)間的關(guān)系變化曲線。通過改變粉碎時(shí)間、超聲功率、粉碎物料的粒度，來驗(yàn)證影響超聲粉碎的工藝條件。對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，確定超聲粉碎最佳的粉碎時(shí)間、顆粒大小以及超聲功率。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)超聲粉碎方式與表面積粉碎模型比較類似，微小顆粒逐漸從大顆粒表面脫落，最終均勻