Diszkrét elemes anyagmodell paramétereinek meghatározása növényolajprés folyamatainak szimulációjához
A növényolaj préselésnél megkívánt magas minőségű, mennyiségű olajkihozatal és a kinyeréshez szükséges alacsony energiaigény a technológia fejlesztését igényli. A gyakorlatban használt technológiák nagy hányadában csigás olajpréseket alkalmaznak, melyek állandó anyagáram mellett folyamatos olajkihozatalt biztosítanak. A tervezés alapja gyakran a tapasztalati vagy kísérleti alapra vezethető vissza. A méretezés helyes kivitelezéséhez szükséges üzem közben kialakult mechanikai és hőtani jelenségek mértékének közelítő ismerete jelenleg hiányos. Emellett a feldolgozott termények mechanikai viselkedésének a leírására rendelkezésre álló empirikus képletek szerinti közelítés nagyon pontatlan.
A numerikus eljárások fejlődésével lehetővé vált a szemcsés anyagok viselkedésének szimulálása, jelen esetben a préstérben lezajló jelenségek, diszkrét elemes (DE) szimulációk segítségével történő közelítése. Kutatásom alapvető célja, hogy a diszkrét elemek módszerének (DEM) segítségével közelítsem a növényolaj préselés közben lejátszódó mechanikai és hőtani jelenségeket, így lehetőséget biztosítva a hatékonyabb konstrukciók létrehozására.
A szimulációs modell a magmennyiséget modellező diszkrét elemhalmazból, illetve a maganyag és a szilárd elemek közös hatásfelületeit adó felületelemekből áll. A növényolajprés belső geometriai kialakításának modellezése viszonylag egyszerű. De a repcemaggal azonos makromechanikai viselkedést mutató anyagmodell létrehozása csak közvetetten lehetséges. Az anyagmodellt csak megfelelő méréssel alátámasztott kalibrációs eljárással lehet beállítani, mely során a szemcsék között érvényes mikromechanikai paramétereket kell közelíteni az egyes mechanikai tulajdonságokat vizsgáló mérések eredményeihez. A kalibrációs művelet alapjául szolgáló mérési adatokat ödométeres és nyíródobozos vizsgálatok adták, amelyek mellett szemcseméret-eloszlás, a térfogatsűrűség és a nedvességtartalom mérésére is sor került. Az ödométeres és nyíródobozos vizsgálatok alapján két szimulációs összeállítás született, melyeknél a cél az elemek közötti kapcsolati modell típusa és annak paramétereinek megfelelő beállítása volt, hogy a szimulált szemcsehalmaz minél jobban közelítse a repcemag valós makromechanikai viselkedését a különböző mechanikai jellegű és mértékű terhelési eseteknél. Következésképp feltételezhető, hogy az így validált repcemag anyagmodell a présben fellépő mechanikai hatásokra a valós anyagéhoz jól közelítő módon fog reagálni. Így a kapott modell alkalmazásával később lehetőség nyílik a présben kialakult mechanikai jelenségek szimulálására és vizsgálatára.
[1] Cundall, P.A., Strack, O.D.L.: A discrete numerical model for granular assemblies, Geotechnique, vol. 29, no. 1, pp. 47-65, 1979.
[2] Sitkei György: A mezőgazdasági anyagok mechanikája, Akadémiai Kiadó, Budapest, 1981.
[3] Izli, N., Unal, H., Sincik, M.: Physical and mechanical properties of rapeseed at different moisture content, International Agrophysics, vol. 23, no. 2, pp. 137-145, 2009.
[4] Calisir, S., Marakoglu, T., Ogut, H., Ozturk, O.: Physical properties of rapeseed (Brassica napus oleifera L.), Journal of Food Engineering, vol. 69, no. 1, pp. 61-66, 2005.
[5] Boac, J.M., Casada, M.E., Maghirang, R.G., Harner, J.P. III: Material and interaction properties of selected grains and oilseeds for modeling discrete particles, Transactions of the ASABE, vol 53, no. 4, pp. 1201-1216, 2010.
[6] Coetzee, C.J., Els, D.N.J.: Calibration of granular material parameters for DEM modelling and numerical verification by blade-granular material interaction, Journal of Terramechanics, vol. 46, no. 1, pp. 15-16. 2009.
szerző
-
Földesi Bernát
gépészmérnöki
nappali alapszak
konzulens
-
Dr. Rádics János Péter
adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
