用颗粒离散元法模拟筛分过程

基于颗粒离散元法的基本原理，采用VC＋＋．NET开发了筛分作业的二维离散元仿真程序SieveDEM，模拟系统由给料漏斗、筛分机和产品隔板等组成，入筛物料的粒度组成、给料量及筛分机的工作参数等均可人为设定，实现了筛分作业全过程的动态模拟．对模型筛分机的筛分试验进行了数值仿真，模拟结果真实地再现了入筛物料3种典型的运动透筛行为，模拟得到的筛分分配曲线同试验结果基本吻合．将筛面上物料的运动速度按矢量分解的方法划分为输送速度和透筛速度两部分，统计分析结果揭示了二者的波动现象，表明离散元法能够反映筛分过程的本质机理．     

基于三维离散元法的筛分效率研究

为了深入了解散体物料的振动筛分机理,以KZX936型振动筛为模型,以三维离散元为方法,采用EDEM软件,选用3种粒度等级的颗粒,模拟了不同激振频率、振幅、振动方向角时的物料运动规律及筛分效率。结果表明:筛面足够长时,频率、振幅及方向角在初始时间时对筛分效率有较大影响,并随频率和振幅的增大而增大,且增大振幅有利于透筛。稳态时增大频率和振幅,筛分效率提高不显著。振幅降低为2 mm时,筛分效率先增加后减小。振动方向角取45°时动态筛分效率最大,并随着振动方向角的继续增大而减小。     

振动筛面颗粒流三维离散元法模拟

基于软球干接触模型对振动筛面上颗粒流的筛分过程进行了三维离散元法(DEM)模拟研究,分析了煤料颗粒流在筛分过程中的运动状态和筛分效率动态变化规律以及入料颗粒的粒度分布对筛分效率的影响.结果表明:各粒级颗粒具有相似的速度变化规律和相近的平均速度幅值.易筛颗粒的筛分效率较高且变化幅度较小,对整体筛分效率的影响较小;难筛颗粒的筛分效率较低且变化较剧烈,对整体筛分效率具有较大的影响作用;沿筛面长度方向,筛分效率在入料端最低,排料端最高,中间较高且基本相等;随着难筛颗粒和阻碍粒含量的增加,筛分效率逐渐减小,当2种颗粒含量分别为25%和10%时,稳定状态下的筛分效率减幅变缓.     

基于EDEM的煤粉制样装置筛分性能仿真与试验

为减少装置、环境等外界因素对煤粉制样的制约,在传统ZKB型直线振动筛的基础上,优化设计了一款3层筛网的便携式煤粉制样装置.分析振动筛的运动状态,得出影响筛分性能的因素为振动频率^振动幅度A和筛面倾角α.以物料颗粒为研究对象,采用离散元软件建立三维模型,选用Hertz-Mindlin with JKR接触模型,利用田口正...     

基于离散元筛分模拟的道砟级配修正的研究

选取8种常见不同形状的道砟颗粒模型进行振动筛分模拟,探讨了颗粒形状对模拟中预设级配与过筛后真实级配之间误差的影响,并对级配曲线进行修正。结果表明：球形颗粒的预设级配曲线与筛分后真实级配曲线相一致,但不规则形状颗粒的筛后真实级配曲线会相应产生偏大或偏小型误差,偏差幅度与道砟形状相关;粘聚体颗粒存在的内部孔隙,其最小投影面相较同体积的球形颗粒更大,每层筛板的真实过筛率最低。通过对比过筛前后级配曲线和统计各粒组的界限粒径平均偏差值,然后对初始生成级配的界限粒径进行修正,从而使筛后的真实级配更加接近预设级配。通过筛分模拟标定真实级配方法可适用于不同颗粒形状及级配的离散元试样。     

振动平面上粒群运动的离散元模拟

粒群在振动平面上的运动在各种工业过程中广泛存在．为深入认识其复杂的类流体力学特性，对一个矩形振动盒内粒群的运动状态进行了离散元模拟，借助高速动态分析系统进行了同等条件下的电动振动试验台物理试验．通过模拟再现了“巴西果”现象．为考察粒群的松散度，定义了“膨胀系数”指标，通过试验得到了不同料层厚度下“膨胀系数”同振动盒的振幅及振动频率之间的数学关系式．模拟结果证实了计算参数对离散元法模拟结果的影响，通过选择合理的计算参数，模拟结果同试验结果能够很好地吻合．     

水平转弯颗粒流的离散元模拟

为了研究水平转弯输运物料时颗粒流的动力特性以及物料颗粒对输送带的作用机理,在离散元理论基础上,采用非线性HertzMimdlin接触模型,建立了水平转弯输运的离散元模型。以不同的角速度模拟测试颗粒平均速度,与计算的带中央切向速度相比,获得了一组比较接近的数字。说明所采用的接触模型和材料的物理参数是正确的。研究了两组不同的颗粒单元、4种滚动摩擦系数下的颗粒动力特性,发现颗粒平均速度与颗粒单元、滚动摩擦系数无关。通过输送带加速运行,模拟了料流分布以及料流对输送带外侧压力分布的影响。结果表明,随着带速的增加,带外侧平均压力逐步增加,而最大压力非线性地剧增。     

基于3维离散元颗粒流的土石混合体大型直剪试验模拟分析

为能更好的揭示土石混合体的剪切特性与力学行为,以新疆博乐地区某土石坝心墙料为研究对象,选取了3种不同含石量的室内混合料试样,通过导入随机多面体模板建立真实块体颗粒模型,并进行了不同含石量在不同围压下的的三维颗粒流土石混合体室内大型直剪试验模拟,研究了含石量对试样抗剪强度的影响,分析了土石混合体在剪切过程中的体积变化以及不同含石量下土石混合体的力链网络分布。结果表明：模拟结果与室内试验的拟合度较好,二者具有良好的一致性;含石量对土石混合体的剪切特性有显著影响,含石量越高,土石混合体的抗剪强度越大;在相同法向应力下,试样的剪胀量随着含石量的增加而增大,低含石量试样表现出一定的“软化特性”,高含石量试样表现出“硬化特性”;不同含石量的土石混合体力链网络分布表现为各向异性,随着含石量的增加,强力链数目增多,分布更加集中,试样整体较为稳定,土石混合体在宏观上表现出更高的剪切强度。该研究可以更好的理解土石混合体的细观力学机理,可为相关岩土力学模拟提供参考依据。     

关于离散元法计算参数的探讨

计算时步、接触刚度等计算参数的选取对离散元法解的正确与否至关重要,目前普遍采用的方法是先确定接触刚度并选取保险系数后,按照经验公式求得计算时步,但在保险系数的设定上有关文献却不尽相同.作者提出了一种新的方法———恢复系数检验法来选定计算参数.采用离散元法最常用的弹性-阻尼-滑动接触模型编制了计算程序,以颗粒同静置平面之间的正碰撞考察了不同计算参数下的模拟结果,除模拟得到恢复系数外,还考察了碰撞过程的总接触时间和总接触时步数.统计分析结果表明:计算时步是影响模拟精度最重要的因素;模拟误差还同恢复系数的设定值有关,设定值越大,模拟误差就越小;计算时步的大小虽然对碰撞过程的总接触时间影响不大,但是却决定了碰撞过程的总接触时步数,二者之间存在对数线性相关关系.     

离散元法模拟边坡稳定性若干问题探讨

针对离散元模拟中存在的实际问题 ,如时步选择、网格检索和接触以及边坡稳定的判别等进行了探讨 ,所得出的结论 ,有利于对实际问题的解决 .     

混凝土结构破坏过程的离散单元法模拟

介绍了适于混凝土材料的离散单元模型的破坏准则、计算方程以及弹簧系数等计算参数的确定方法.对在强制位移作用下的混凝土板变形及破坏过程进行了数值模拟和动画显示,并对钢筋混凝土梁在不同剪跨比情况下的破坏形态进行了模拟分析.算例与分析结果表明,离散单元法是模拟混凝土结构破坏的一种有效分析方法.     

Particle stratification and penetration of a linear vibrating screen by the discrete element method

A simulation of stratification and penetration was performed over a range of structural parameters that included screen width, aperture size, inclination angle, and wire diameter. The discrete element method (DEM) was used for the simulations. The terms stratification and penetration are defined and the change in fine particle concentration is discussed. Mathematical models relating fine particle ratio to time are established using the least squares method. The effect of structural parameters on fine particle ratio is analyzed. Stratification and penetration rate are discussed by considering the time derivative of the fine particle ratio. The conclusions are: an increase in inclination or wire diameter has a positive effect on particle stratifying; The optimal screen width is 40 mm for particle stratification; The inclination angle has a negative effect on the penetration; The effect of wire diameter and screen width on the penetration rate is negligible.     

Numerical simulation on borehole breakout and borehole size effect using discrete element method

Estimation of horizontal stress magnitudes from borehole breakouts has been an attractive topic in the petroleum and mining industries, although there are critical research gaps that remain unfilled. In this paper, numerical simulation is conducted on Gosford sandstone to investigate the borehole breakout and its associated borehole size effect, including temperature influence. The discrete element method(DEM) model shows that the borehole breakout angular span is constant after the initial formation,whereas its depth propagates along the minimum horizontal stress direction. This indicates that the breakout angular span is a reliable parameter for horizontal stress estimation. The borehole size effect simulations illustrated the importance of borehole size on breakout geometries in which smaller borehole size leads to higher breakout initiation stress as well as the stress re-distribution from borehole wall outwards through micro-cracking. This implies that the stress may be averaged over a distance around the borehole and breakout initiation occurs at the borehole wall rather than some distance into the rock.In addition, the numerical simulation incorporated the thermal effect which is widely encountered in deep geothermal wells. Based on the results, the higher temperature led to lower breakout initiation stress with same borehole size, and more proportion of shear cracks was generated under higher temperature. This indicates that the temperature might contribute to the micro-fracturing mode and hence influences the horizontal stress estimation results from borehole breakout geometries. Numerical simulation showed that breakout shape and dimensions changed considerably under high stress and high temperature conditions, suggesting that the temperature may need to be considered for breakout stress analysis in deep locations.     

球磨机工作参数的离散元法分析与改进

引入离散单元法(Discrete Element Method)建立球磨机的介质动力学仿真模型,研究各种工作参数对球磨机生产效能的影响.DEM模型的运动仿真直观地给出了主要工作参数对介质运动形态的影响;通过对比仿真功率值与实验测量功率值,该模型得到了初步的有效性验证,同时给出了磨机功率随其转速变化的情况.利用该仿真模型对磨机结构进行对比可知,不同的提升条轮廓形状能使球磨机产生不同的能量利用率与磨损率效果.这些均显示了DEM仿真模型在分析和改进球磨机工作参数方面的能力.     

SPH耦合有限元方法的水射流弹塑性碰撞模拟

针对有限元分析（FEA）处理流固耦合及超大变形问题时所存在的困难,提出了光滑粒子流体动力学（SPH）耦合有限元的方法来模拟水射流与刚性表面和塑性表面的碰撞过程.在SPH计算中,采用计算几何中的Voronoi图给每个SPH粒子赋予质量,并采用可变光滑长度考虑大变形中粒子相互间距的变化.分析了水射流与刚性表面的弹性碰撞,给出了射流变形与压力传播过程.对于水射流与塑性表面的碰撞,将SPH方法与有限元方法通过接触算法加以耦合,其中水射流以SPH粒子建模,而目标体以有限元方法建模.通过该耦合模型研究了在不同射流速度下切割深度与成坑孔径的变化,为理解切割机理和优化工作参数提供了参考.     

离散单元法模拟颗粒在斜板上运动及分离过程

为了考察颗粒流的分离机制,基于离散单元法数值模拟了颗粒流在斜板上的运动和分离过程.进行了不同粗糙度斜板上等密度不同粒径的颗粒流,以及等粒径不同密度的颗粒流分离状况的模拟.结果表明:等密度不同粒径的颗粒流在斜板上流动时出现了明显的分离情况,且在表面粗糙度大的斜板上颗粒流的分离更加明显,而等粒径不同密度的颗粒流在斜板上流动时没有明显的分离情况.研究结果对理解颗粒流的分离机制具有指导作用.     

离散元与有限元耦合的时空多尺度计算方法

采用力学与动力学参数传递以及权值分配法,建立了离散元与有限元耦合的时空多尺度计算方法。弹性应力波传播算例模拟结果表明,时空多尺度计算方法具有时间与空间多尺度双重优势,有效提高了数值计算效率,并且模拟结果满足精确性要求。同时,将这一多尺度计算方法应用于激光辐照下受拉铝板破坏行为的数值模拟中,得到的模拟结果与实验结果基本一致。     

基于三维离散元法的钢桥面铺装层间剪切模拟

为了研究钢桥面铺装层间剪切破坏行为,采用离散元方法,建立钢桥面铺装复合结构试件的三维数值模型;通过DSR试验,获得沥青砂浆30℃和60℃条件下的Burgers模型参数,并计算得到沥青砂浆的细观参数作为离散元模型的输入参数;通过数值模拟分析了30℃和60℃条件下的钢桥面铺装层间剪切行为,与室内剪切试验结果进行对比,并且分析钢桥面铺装层间粘结失效情况和裂缝发展情况。研究结果表明,离散元数值模型能够较好地模拟铺装体系复合结构层间剪切行为;在虚拟剪切过程中,集料单元与钢板单元之间的粘结最先开始失效,随着剪切位移的逐渐增大,裂缝沿着钢板和沥青铺装层界面不断发展,最终贯穿整个界面。粘结失效集中在钢板与沥青铺装层界面之间,沥青铺装层内部单元之间没有粘结失效。     

采用应变差分离法的新型协同转动三边形曲壳单元

发展了一种能够解决结构大位移、大转角问题的新型协同转动三边形曲壳单元.不同于现有的其他协同转动有限元法,本单元有如下特色：1）采用了矢量型节点转动变量,它们是单元节点处曲壳中面法向矢量的2个较小分量;2）所有的节点变量在增量求解过程中都是采用简单的加法进行更新的;3）单元的切线刚度矩阵是通过计算单元应变能对节点变量的二阶微分得到,且节点变量间的微分次序是可互换的,因而得到的切线刚度矩阵是对称的.为消除可能出现的闭锁现象,在计算单元应变能时引入了假定膜应变和假定剪切应变.这些假定应变采用应变差分离法计算,它们不影响单元切线刚度矩阵的对称性.通过对4个典型算例的分析,验证了单元的可靠性、计算精度和计算效率.