基于颗粒流离散元模型的弹丸侵彻细观混凝土数值模拟方法研究

利用颗粒离散单元法,研究弹丸侵彻细观混凝土模型中弹丸受到介质的阻应力与侵彻速度的关系。采用蒙特卡罗法随机生成并投放混凝土骨料且骨料的粒径分布满足级配曲线。通过对混凝土颗粒离散元细观力学模型进行单轴压缩实验、巴西劈裂实验和双轴压缩实验的参数反演,确定细观模型参数,能使细观混凝土模型具有和一般混凝土等效的力学性能。分析了骨料、过渡层和砂浆三相材料各细观参数对混凝土单轴压缩应力应变关系影响以及锥形弹和平头弹弹丸直径对侵彻阻应力的影响。将颗粒离散元细观力学模型方法计算的弹丸阻应力与空腔膨胀理论计算模型相比较,表明计算离散元方法具有良好的精度和实用性。     

离散元聚苯乙烯颗粒细观参数辨识

真空担架由聚苯乙烯(EPS)颗粒和聚氯乙烯(PVC)软膜组成,在使用离散元法仿真研究担架真空变形机理时,颗粒的细观参数对仿真精确性至关重要.该文基于Hertz-Mindlin接触模型,利用实验结合仿真模拟的方法对颗粒离散元参数进行辨识.通过斜面滑移实验,碰撞弹跳实验测定EPS颗粒与PVC软膜之间的静摩擦因数和恢复系数,...     

水平圆筒型混合机中颗粒混合的离散模拟

采用离散模型模拟了水平圆筒型混合机中 10 0 0个颗粒混合的全过程 ,分析了颗粒流型的变化规律和混合曲线 ,得到了颗粒由相对静止到开始下滑的塌落过程 ,所得结果与已知实验结果符合很好 ,这有助于揭示混合机内部颗粒的运动规律     

基于离散单元法球形颗粒碰撞破碎行为的数值模拟

采用离散单元法,基于Hertz-Mindlin粘结接触模型,对2个球形颗粒在水平方向上的对心碰撞破碎过程进行数值模拟研究,分析相对速度及粒径比k为1.2、1.4、1.6对颗粒破碎行为的影响。结果表明:撞击速度较小时,颗粒碰撞后未破碎,但是内部出现局部粘结键的断裂,宏观表现为裂纹;随着撞击速度的增大,颗粒出现破裂或完全破碎;不同粒径比的2个颗粒碰撞时,小颗粒比大颗粒破碎严重,粒径比为1.6时,粒径较小的颗粒碰撞后获得的动量最大,粒径比为1.4时次之,粒径比为1.2时最小。     

回转窑内颗粒轴向混合运动的数值模拟

为了研究不同粒径颗粒在水平回转窑内轴向混合运动机理,采用离散元软件EDEM对窑内颗粒轴向混合过程进行数值模拟,引入颗粒接触数动态跟踪颗粒的混合过程,以大、小颗粒接触数来衡量颗粒间的混合程度。结果表明:活动层内颗粒的运动速度较大;小颗粒轴向运动的主要方式是透过大颗粒间的间隙向大颗粒群渗透。     

瓢型摆振槽颗粒偏析效果的离散元模拟

为了强化瓢型摆振槽在摆振时物料颗粒的偏析效果,以三维离散元法为手段,选用塑料球和钢球的二元干颗粒,依次对光槽时单独摆振、光槽时组合摆振、添加凸起槽时组合摆振3种情况颗粒偏析过程进行离散元模拟研究,并以颗粒体积分数为评判标准,且结合模拟偏析云图,进行颗粒偏析效果评价。结果表明:组合摆振强于单独摆振的偏析效果;添加凸起槽强于光槽分层效果;相较于光槽时单独摆振,添加凸起槽时组合摆振时颗粒的偏析程度可提高10%~15%。     

粘结颗粒材料双轴试验的数值模拟研究

利用离散元法数值模拟了5组试件的双轴试验,得到了粒径对弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力的影响,分析了20MPa围压条件下粒径与弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力的关系,以及6种围压与裂缝初始应力的关系,给出了5组试件荷载作用后颗粒间的接触力和颗粒位移矢量,从细观角度阐释了荷载作用下颗粒的运动模式。模拟结果表明,随着粒径的增大,弹性模量、强度和裂缝初始应力均呈减小的趋势;随着围压的增大,各粒径范围试件的裂缝初始应力呈增加的趋势,并且粒径越大的试件最大接触力和最大位移越大。     

基于离散元方法的沥青混合料抗裂性能分析

为了研究沥青结合料性质、集料表面特性和加载条件对沥青混合料抗裂性能的影响,利用离散元方法生成马歇尔数字试件,以伺服控制机理施加荷载,分析了粘结刚度比、粘结强度比、颗粒摩擦系数和加载速率4种细观参数对应力-应变曲线、劈裂强度、配位数和微裂缝的影响,给出了荷载作用后试件内部颗粒的细观响应。模拟结果表明:粘结强度比引起劈裂强度、配位数和微裂缝数的变异性最大,劈裂强度和配位数的变异系数分别为56.9%和5.9%,微裂缝数相差43条,加载速率引起劈裂强度、配位数和微裂缝数的变异性最小,劈裂强度和配位数的变异系数分别为2.3%和1.7%,微裂缝数仅相差1条,从细观角度验证了沥青结合料性质对沥青混合料抗裂性能的贡献率占主导地位。     

基于颗粒真实几何形状的铁路道砟剪切过程三维离散元分析

铁路道床由尺寸和形状各异的道砟颗粒组成,道砟颗粒的形状对道床的强度、变形等力学特性具有显著影响,反映颗粒单一方向尺寸分布特征的级配曲线难以全面描述形状不规则的道砟颗粒的几何特征。该文利用计算机视觉成像技术获得道砟颗粒在三个相互垂直方向的投影图,提取投影图轮廓并计算其几何特征参数;基于颗粒三视图重建与真实道砟颗粒具备相同几何特征的三维模型,引入到自行开发的三维块体离散元数值模拟程序中,建立了真实道砟颗粒料的三维离散元分析模型。通过与多种竖向压力作用下的室内直剪试验结果进行对比,验证了该方法可靠性;并在此基础上对道砟颗粒料在直剪试验中的变形和细观力学特性进行了深入详细的分析。     

基于离散元法的催化剂密相装填过程数值模拟

基于颗粒离散元法,对一种椭圆形密相装填器的催化剂密相装填过程进行数值模拟研究,分析布料盘转速和颗粒直径对装填过程的影响。结果表明:催化剂颗粒装填速度不等于布料盘上方料斗下料速度,而是随着布料盘转速增大而增大,随颗粒直径增大而减小。催化剂颗粒在反应器底部分布的直径范围与颗粒直径大小无关,它随着布料盘转速增大而增大。颗粒与反应器的碰撞是造成颗粒破碎的主要因素。利用该设备装填球形催化剂颗粒时,催化剂床层中心会出现凹陷现象,当颗粒直径较小时,床层中心附近会出现驼峰状的凸起。     

颗粒流的离散元法模拟及其进展

颗粒流问题是众多工农业生产领域中的常见问题,然而人们至今对颗粒流机理认识不深。目前一种基于离散元的数值模拟方法被用以模拟和分析颗粒流问题,研究实践表明该方法是散体力学分析的一种有效的工具。本文介绍了颗粒流研究的背景以及离散元法的发展过程,概述了颗粒流动力学研究的动理论模型和摩擦塑性模型,综述了离散元法的理论和各种颗粒作用模型及其在粉体工程领域的应用,讨论了颗粒流研究的主要困难和离散元法发展中亟待解决的问题。     

岩石爆炸增渗模型实验及DEM数值模拟研究

岩体中爆炸提高矿石的渗透性可以极大地提高采矿效率,是碎裂岩型矿床预裂浸出法的关键技术.混凝土与岩体都具有脆性材料的特性,因此用浇筑于铁桶中的混凝土试件进行模型实验研究岩体的爆炸增渗效果.铁桶可以提高实验效率,使边界条件更为简单和易于操作,但是,实验和原型的差异需要论证.用自主开发的基于连续介质力学模型的离散元方法,模拟了有铁桶边界的模型实验,验证了数值模拟方法的可行性及有效性,给出了有弹性侧限边界约束的混凝土和较大尺度无反射边界条件的岩石中的爆炸差别.在此基础上,分析了岩石中爆炸造成的岩石破坏规律.计算结果表明:岩石破坏面总面积和破坏区的最大裂缝宽度受药量和岩石的抗拉强度影响,破坏面总面积和裂缝宽度随药量增加而增大,随抗拉强度增大而减小;在药量相同的条件下,实际岩石环境下的岩块破坏程度比铁桶约束的大.模型实验和数值模拟相结合的办法可以对混凝土和岩石的爆炸破坏给出较为合理的结果.     

无定形态及晶态颗粒堆积结构的三维构建及表征

采用离散元法对等径球在振动条件下堆积形成的无定形结构及晶态结构进行三维构建,并对两种堆积结构的宏观性能如堆积密度及微观性能如配位数、径向分布函数及Voronoi-Delaunay孔尺寸分布进行表征及对比。结果表明:所获得的无定形结构和晶态结构的最大相对堆积密度分别为0.64和0.74,对应的配位数分布的峰值分别为7和12,径向分布函数曲线上,晶态堆积中粒子之间的位置具有长程相关性,同时晶态结构所对应的尺寸分布较无定形结构高且窄,且整体左移。     

Numerical Study of Particle Dispersion in the Wake of Two Tandem Square Cylinders Using Discrete Vortex Method

This study has been conducted to investigate numerically the particle dispersion in the wake of dilute particle-laden gas flows past two identical square cylinders in tandem arrangement at Reynolds number of 10,000,000. In the numerical method, the discrete vortex method is employed to calculate the gas flow fields, and the Lagrangian approach is applied to track individual solid particles. A dispersion function is defined to represent the lateral dispersion scale of particles. The wake vortex patterns and the distributions of particles with various Stokes numbers ranging from 0.01 to 10 are obtained. The numerical results reveal that: (1) the particles with St = 0.01 can distribute both in the vortex core and around the vortex periphery, whereas the particles with St = 1.0, 10 congregate mainly around the vortex periphery; (2) the particles with St = 0.01, 0.1 are trapped by the vortices into the gap between the two square cylinders, while very few particles with St = 1.0, 10 are distributed within the gap; (3) the particle's dispersion intensity along the lateral direction decreases greatly as St is increased from 0.01 to 10.     

Burgers''''方程的特征混合有限元数值模拟

本文对Burgers'方程采用特征混合有限元方法进行数值模拟,证明了特征混合元格式的稳定性。作为数值例子,我们计算了正弦波传播和冲击波传播,通过与混合元和有限元方法的比较,说明了该方法在粘性系数逐渐减小时对锋线前沿处理的有效性。     

非线性拟双曲方程的有限元配置法数值分析

基于有限元配置法,采用分片双三次Hermite插值多项式空间作为逼近函数空间,本文对粘性振动及神经传播过程中涉及的一类非线性拟双曲方程的初边值问题建立了二维半离散和全离散格式.并对两种格式证明了数值解的存在唯一性,应用微分方程先验估计的理论和技巧得到了L2模最佳阶误差估计.数值实验结果表明:所提方法在保证整体误差估计要求且不增加计算量的前提下,比传统有限元方法有更高的逼近精度,并扩展了配置法的应用范围.     

基于有限元方法的双层材料激光超声数值模拟

采用有限元方法数值模拟了单脉冲激光热弹激发双层材料中的超声波,得到了材料的上下表面的应力场分布。通过对铝板中的波形进行快速傅里叶变换得到频率信号,计算出波包群速度,判断出材料中兰姆波的模态。结果表明：受基底影响,在双层材料的上层铝板中得到了三种模态的兰姆波。该研究为复合材料激光超声的应用研究提供了新的途径。     

颗粒离散单元法数值模拟与典型实验对比研究

为了验证离散单元法的可靠性,尤其是Hertz-Mindlin模型参数设置的准确性,进行颗粒装填孔隙率、颗粒下落弹跳、颗粒堆积倾斜休止角3个典型颗粒行为的数值模拟及实验对比研究。结果表明:自由落体的玻璃颗粒装填后的孔隙率先随颗粒装填数量的增加而减小,然后基本保持不变,与实验结果吻合;颗粒碰撞弹跳模拟可得到和实验一致的颗粒自由落体高度变化图;颗粒的粒径越小,休止角越大,与数值模拟定量吻合,颗粒数量需要达到一定范围,休止角才能准确测量;离散单元法和Hertz-Mindlin模型的可靠性得到验证,并给出一套模拟参数设置,可用于颗粒其他行为的深入研究。