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(guò)程中的形變、流變規(guī)律。鄧波將液壓成型過(guò)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(guò)渡成型顆粒機(jī)理。
2、生物質(zhì)成型過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程，揭示了成型過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變演變過(guò)程和分布規(guī)律，并對(duì)局部應(yīng)為過(guò)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(guò)對(duì)環(huán)模的截面尺寸、長(zhǎng)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(zhǎng)使用壽命的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
申樹(shù)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(wèn)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，模孔材料在棱角處易出現(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(wèn)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(guò)倒圓角處理的模孔最大SEQV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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(guò)對(duì)帶襯套成型過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了襯套在成型過(guò)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(guò)對(duì)成型過(guò)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(kāi)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(yíng)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(wàn)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。
