锥形双螺杆塑化工艺对含能材料适应性研究
随着国防武器对于含能材料的性能、多样化的要求和需求量的不断扩大，传统的加工工艺已不能完全的解决这一现状问题。锥形双螺杆塑化工艺因具有低剪切、高扭矩、建压能力强和优异的混合塑化特性，并具有连续化、柔性化、安全、绿色、高效制造等优势，成为国内外大力发展的引领性工艺技术和含能材料柔性加工的关键技术之一。 本课题通过对含能材料专用锥形双螺杆挤出机的压力分布、剪切热、扭矩的理论建模、解析求解和模拟仿真，考察含能材料的物性参数、工艺参数、螺杆结构参数对螺压工艺安全性的影响，探明锥形双螺杆的塑化工艺对含能材料物料特性的适应性，以指导锥形双螺杆的结构设计和工艺条件的制定，提高含能材料加工过程的安全性。 主要研究内容和工作如下: (1)基于塞流固体输送理论和正位移输送机理，建立了锥形双螺杆固体塞流段压力分布的理论模型，推导了下啮合区的压力计算公式;基于流变学的流体本构模型和润滑近似原理，建立了螺压输送段压力分布的理论模型，考察了螺压输送段螺槽区和啮合区的压力分布。同时，计算了沿螺杆全程的压力梯度和压力梯度变化率，并采用Abaqus软件，对加料段进行仿真分析，研究了锥形双螺杆的压力、压力梯度和压力梯度变化率对含能材料加工的适应性;固体塞流段下啮合区的压力随fb、fs和E的增加而增大，且压力变化比较明显，说明了fb、fs和E的增大有利于物料的建压。 (2)建立了锥形双螺杆螺压输送段剪切热的理论模型，推导了剪切热计算公式，同时研究了物料特性、工艺参数及设备结构参数对剪切热的影响，探究了锥形双螺杆的剪切热对含能材料加工的适应性;根据物料在固体塞流段的受力分析和螺压输送段内能耗的计算模型，结合功率与扭矩的关系，探究了锥形双螺杆的扭矩对含能材料加工的适应性;剪切热沿轴向缓慢下降，剪切温升小，达到了剪切热恒定的锥形双螺杆设计特性，这表明锥形双螺杆的剪切热可以适应含能材料的加工。 (3)根据压力分布、剪切热、扭矩的数学模型，采用Matlab GUI参数化语言，创建了锥形双螺杆塑化工艺对含能材料适应性的判定标准界面，实现了含能材料的物性参数、工艺参数、螺杆结构参数对锥形双螺杆挤出机压力分布、剪切热、扭矩的影响及预警的直观显示。
含能材料;锥形双螺杆塑化;物性参数;工艺参数;螺杆结构;工艺安全性
北京化工大学
硕士
机械工程
贾明印;范海斌
2021
中文
TB346
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）