1、生物質(zhì)固化成型顆粒機(jī)理研究
高建輝推導(dǎo)出了生物質(zhì)彈塑性變形的本構(gòu)方程，重點(diǎn)研究了生物質(zhì)成型過程中的形變、流變規(guī)律。鄧波將液壓成型過程分為三階段并分別提出了在不同壓縮成型階段的成型顆粒機(jī)理。陳曉青從木質(zhì)素粘結(jié)、粒子結(jié)合、水分含量和電勢(shì)4個(gè)方面分析了生物質(zhì)固化成型顆粒機(jī)理。吳云玉對(duì)環(huán)模固化成型壓縮階段的微觀成型顆粒機(jī)理進(jìn)行研究，建立了從宏觀到微觀的過渡成型顆粒機(jī)理。
2、生物質(zhì)成型過程流變特性數(shù)值模擬
高名望以松散生物質(zhì)熱壓成型過程為研究對(duì)象，根據(jù)固化成型的加熱特點(diǎn)，采用ANSYS軟件中的THERMAL模塊對(duì)壓縮成型過程中的溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬，利用焓法解決了材料由于溫度引起的傳熱性能變化，得到了壓縮成型中生物質(zhì)的溫度場(chǎng)分布規(guī)律，并對(duì)不同條件下的溫度場(chǎng)進(jìn)行了比較。
鄧波數(shù)值模擬了液壓式生物質(zhì)成型過程，揭示了成型過程中的應(yīng)力應(yīng)變演變過程和分布規(guī)律，并對(duì)局部應(yīng)為過大區(qū)域進(jìn)行了分析。
3、顆粒機(jī)成型設(shè)備關(guān)鍵部件的研究與設(shè)計(jì)
3.1顆粒機(jī)環(huán)模靜態(tài)數(shù)值模擬
顆粒機(jī)環(huán)模是影響生物質(zhì)壓塊成型設(shè)備成型質(zhì)量的最關(guān)鍵部件，也是最容易損壞的部件。其結(jié)構(gòu)參數(shù)不僅直接影響著壓塊的質(zhì)量，而且對(duì)生產(chǎn)能耗、環(huán)模和壓輥壽命、主軸受力等也有重要影響。通過對(duì)環(huán)模的截面尺寸、長徑比、成型角度、材料類型和熱處理工藝等進(jìn)行理論分析和數(shù)值模擬，可以實(shí)現(xiàn)提高成型質(zhì)量、擴(kuò)展原料適應(yīng)范圍、降低生產(chǎn)能耗、延長使用壽命的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
申樹云針對(duì)環(huán)模輥壓式成型顆粒機(jī)存在的使用壽命短、結(jié)構(gòu)特殊和性能要求高等“瓶頸”問題，總結(jié)了環(huán)模的溫度場(chǎng)分布規(guī)律，對(duì)環(huán)模進(jìn)行了結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)熱耦合數(shù)值模擬，得到環(huán)模的整體應(yīng)力、應(yīng)變、位移分布情況，并研究了環(huán)模結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)環(huán)模應(yīng)力應(yīng)變的影響。吳云玉研究了環(huán)模的失效形式、失效機(jī)理和影響環(huán)模壽命的因素，利用有限元軟件依據(jù)環(huán)模S-N曲線和Palmgren-Miner線性累積損傷原則對(duì)環(huán)模的疲勞壽命進(jìn)行數(shù)值模擬，得到不同溫度環(huán)模壽命曲線。
在生物質(zhì)成品徑向均勻地取4個(gè)節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)E、節(jié)點(diǎn)F、節(jié)點(diǎn)G，圖2(a)顯示了這4個(gè)節(jié)點(diǎn)在整個(gè)加載周期內(nèi)的Von - Mises應(yīng)力對(duì)比曲線，反映了靠近�？妆诠�(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值高于中心節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值；在生物質(zhì)成品底邊均勻地取4個(gè)節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)A、節(jié)點(diǎn)B、節(jié)點(diǎn)C、節(jié)點(diǎn)D，圖2(b)顯示了這4個(gè)節(jié)點(diǎn)在整個(gè)加載周期內(nèi)的Von - Mises應(yīng)力對(duì)比曲線，圖中可看出靠近棱角附近節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值高于遠(yuǎn)離棱角部位的應(yīng)力值。
由以上數(shù)值模擬結(jié)果可看出，�？撞牧显诶饨翘幰壮霈F(xiàn)裂紋，甚至材料破裂剝落現(xiàn)象，與此同時(shí)易造成秸稈成品在棱角處的撕裂倒鈍現(xiàn)象。因此，對(duì)環(huán)模結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)以克服生物質(zhì)成品棱角撕裂倒鈍現(xiàn)象尤為重要。借鑒機(jī)械產(chǎn)品中改善應(yīng)力集中問題的思路，對(duì)�？讬M截面的四邊形直角進(jìn)行倒圓角處理，圓角R=3 mm。倒圓角處理后，對(duì)比�？椎膽�(yīng)力分布情況，如圖3所示。
從圖3可看出，未經(jīng)倒圓角處理的�？鬃畲骃EQV值為37.7 MPa，經(jīng)過倒圓角處理的�？鬃畲骃EQV值降低到24.4 MPa。比較圖3(a)和圖3(b)可看出，在與秸稈生物質(zhì)成品接觸的整個(gè)接觸面上，經(jīng)過倒圓處理的模孔應(yīng)力分布更為均勻合理，�？自诶饨翘幍膽�(yīng)力集中情況得到明顯改善。
3.2傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬
為保證成型設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性和結(jié)構(gòu)的可靠性，以及工作的低能耗性，實(shí)驗(yàn)室對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了完整的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和分析。
主軸是傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，對(duì)壓塊成型設(shè)備的能耗和安全方面具有重要影響。高建輝通過研究成型壓力對(duì)主軸的作用形式，得到主軸部件的前六階模態(tài)振型、臨界轉(zhuǎn)速，以及在工作載荷頻率下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，為研究設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。
螺桿是螺旋進(jìn)料裝置的核心工作部件，劉超通過Darnell - Moll理論，建立了螺旋部件擠壓力力學(xué)模型，對(duì)螺桿進(jìn)行靜力分析和模態(tài)分析，得到了螺桿部件的固有頻率和模態(tài)模型，為動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
表l為主軸模態(tài)分析前六階結(jié)果，從表中可看出主軸各階固有頻率都在61Hz以上。實(shí)踐和分析表明，成型設(shè)備主軸部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遠(yuǎn)離表l列出的頻率段，研制的壓塊設(shè)備主軸與成型部件工作轉(zhuǎn)速為165r/min，外部激振頻率為3Hz，遠(yuǎn)小于表l中的各階固有頻率最小值61Hz，因此該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可有效避開共振區(qū)域，即在正常工作轉(zhuǎn)速下不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，可避免共振產(chǎn)生的大變形導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞，工作性能穩(wěn)定可靠。
4、成型制品品質(zhì)影響因素試驗(yàn)與數(shù)值模擬
陳曉青以生物質(zhì)固化成型制品表面裂紋為研究對(duì)象，采用鋸末、棉柴、秸稈和木屑4種原料，在液壓成型顆粒機(jī)上進(jìn)行了成型試驗(yàn)，研究了生物質(zhì)原料、種類、含水率、成型壓力、保型溫度、螺旋進(jìn)料速度等因素對(duì)成型制品品質(zhì)的影響，探討了生物質(zhì)固化成型制品表面裂紋的形成原因及影響因素，分析了保型筒對(duì)減少成型制品開裂的重要作用。并對(duì)制品脫模后引起殘余應(yīng)力的彈性后效進(jìn)行了詳細(xì)闡述。表2為4種生物質(zhì)成型試驗(yàn)制品品質(zhì)比較。
賈劍以壓縮腔內(nèi)的襯套作為研究對(duì)象，通過對(duì)帶襯套成型過程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了襯套在成型過程中的作用，并編寫了襯套概率有限元分析程序，分析了襯套的可靠性，得出襯套徑向壓強(qiáng)和厚度是影響可靠性的關(guān)鍵因素。最后通過對(duì)成型過程的熱一應(yīng)力耦合分析，研究了摩擦熱對(duì)成型制品品質(zhì)的影響。
5、整機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)與研發(fā)
在上述成型理論研究的基礎(chǔ)上，山東大學(xué)相繼研究開發(fā)了生物質(zhì)壓塊、顆粒、沖壓3種成型技術(shù)與裝備，形成了0.5、l、1.5、2t/h系列化產(chǎn)品。在此基礎(chǔ)上，山東大學(xué)對(duì)技術(shù)裝備進(jìn)行了示范應(yīng)用，生物質(zhì)成型設(shè)備列入山東省、江蘇省農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼目錄，已在江蘇、山東等地推廣60余套，建設(shè)并獨(dú)立運(yùn)營了包括伊春、鄒城等生物質(zhì)成型燃料基地，年產(chǎn)成型燃料5萬t，也為生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)化推廣利用的模式進(jìn)行了積極探索。
富通新能源生產(chǎn)銷售的秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)是客戶們壓制生物質(zhì)顆粒燃料很不錯(cuò)的選擇。
