橡胶颗粒沥青混合料劈裂试验及其数值模拟研究

本研究构建的橡胶颗粒沥青混合料劈裂细观数值模型以裂缝数与劈裂强度为主要细观参数,与劈裂试验确定的宏观参数劈裂抗拉强度及劲度模量相互验证,从宏观与细观两个角度验证了橡胶颗粒的掺加将明显降低沥青混合料的力学强度。     

颗粒接触摩擦系数空间变异性对颗粒流双轴数值试验的影响

提出了考虑颗粒摩擦系数空间变异性的砂土双轴剪切响应分析方法。采用随机场模型表征颗粒摩擦系数空间变异性,通过Karhunen-Loève展开方法离散接触摩擦系数随机场,编写了基于颗粒流程序PFC^2D和MATLAB的随机模拟耦合分析程序。研究了摩擦系数空间变异性对密砂试样的双轴剪切响应影响规律。结果表明：1） 提出方法可有效地考虑颗粒间接触摩擦系数变异性对土体材料双轴压缩宏观力学行为影响;2） 密砂试样在剪切过程中的应力-应变关系曲线、体积-应变关系曲线的变化规律与颗粒间接触摩擦系数不确定性密切相关,在初始加载阶段随机模拟的偏应力曲线、体积应变曲线基本重合,继续加载后曲线开始发散;3） 垂直相关距离对峰值偏应力均值与标准差影响明显大于水平相关距离。颗粒接触摩擦系数的均值对峰值偏应力的影响大于摩擦系数空间分布的影响。摩擦系数的空间分布会影响剪切带的形成位置。     

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。     

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。     

基于离散元方法的RDX-Al颗粒混合数值模拟分析

基于离散元方法,以旋转筒内RDX-Al二元颗粒体系的搅拌过程为研究对象进行模拟。采用离散元软件(EDEM),首先研究RDX-Al二元颗粒各自随转速的变化趋势,并进一步得出二元颗粒变化率的特点,做出分布上的拟合,得出最吻合模拟试验的函数为指数函数。然后,将旋转筒细分为多个单元空间,考察旋转轴与单元空间之间的距离对二元颗粒混合效果的影响。结果表明:单元空间离旋转轴越远,即旋转半径越大,颗粒之间的变化率也就越快,越容易达到均匀状态。最后,考察加入抄板的影响,结果表明:RDX-Al二元颗粒趋于的稳定值分别发生了改变。     

异形多级颗粒模型的数值模拟试验与破碎实验

针对3种形状的岩石样本进行3D扫描,得到岩石外形的云点数据,构建了异形岩石几何模型;结合高倍显微镜观测的岩石岩相,定义了岩石颗粒间的粘结模型和接触模型,建立了异形多级颗粒的力学模型;基于EDEM软件,在振动慢剪破碎试验机上进行数值模拟试验,并统计岩石破碎后的岩石产率。经与破碎实验结果对比分析后的结果表明:岩石粒度分别在<4、<8、≥8 mm时,数值模拟试验与破碎实验得到的岩石产率与外锥转速的关系曲线趋势基本一致;破碎机在外锥转速为45 r/min、内锥频率为40 Hz时岩石产率最大、破碎效果最佳;数值模拟试验与破碎实验的相关系数分别为0. 95、0. 97和0. 97,建立的异形多级颗粒模型能够较好地模拟岩石破碎机理。     

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。     

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。     

颗粒增强复合材料中界面破裂过程数值模拟研究

运用材料真实破裂过程分析RFPA系统,模拟研究了颗粒增强复合材料中的界面破裂过程及其对材料宏观力学性能的影响。所研究的复合材料由基体、颗粒和界面等三相材料单元组成。单元的破裂同时采用拉伸和剪切强度准则进行判断。分别研究了单颗粒和复杂多颗粒分布的情形。模拟结果不仅在应力场分布方面与MARC和ABAQUS等软件的分析结果一致,对于帮助理解颗粒增强复合材料的破坏机理具有重要意义。     

室内颗粒浓度分布的数值模拟

针对洁净室内气、固两相湍流运动,在不同送风条件下,采用离散相模型DPM对某6级洁净厂房进行数值模拟,得出室内工作区颗粒浓度分布情况。通过对结果的分析发现,合理的送风速度可以给工作区带来更好的洁净效果。     

An Experimental and Numerical Study of Transversal Dispersion of Granular Material on a Vibrating Conveyor

The mixing of thin granular layers transported on the surface of an oscillating trough is experimentally and numerically examined. The particle dispersion was experimentally quantified by an image processing system recording the growth of the mixing layer thickness of two differently colored but otherwise identical sand particle streams along the longitudinal position within the transporting channel. Granular flow and dispersion on the vibrating conveyor were studied numerically based on a three-dimensional discrete element code. Both experiments and simulations were used to derive quantities characterizing the transversal dispersion. The mixing was found to be directly proportional to the vertical acceleration of the conveyor and inversely proportional to the mass flow of the transported material. Keeping the above-mentioned parameters constant, the dispersion increases with increasing mean particle diameter. When performing the experiments with materials of different mean particle diameters and tuning the mass flow to achieve the same level of dimensionless bed height, the magnitude of the dispersion coefficient remains constant, as was also confirmed by the numerical simulation.     

材料加工数值模拟的新进展--无网格方法

无网格方法是近年来兴起的一种与有限元法相类似的数值方法，由于仅仅采用基于点的近拟，而不需要节点的连接信息，无网格方法不仅避免了繁琐的单元网格生成，而且提供了连续性好，形式灵活的场函数，具有前后处理简单，精度高等方面的优点，在处理裂纹扩展，多尺度分析，高速碰撞和具有大变形特征的工业成形问题时具有重要的研究价值和广阔的应用前景。     

拆除爆破数值模拟研究进展

评述了数值模拟技术在拆除爆破中应用的重要性,回顾了拆除爆破数值模拟的主要方法,论述了各种方法的优缺点。结合工程应用实例介绍了笔者及团队研发的离散元框架内的网格实体模型。分析了当前拆除爆破数值模拟技术存在的主要问题,对拆除爆破数值模拟技术的进一步发展进行了展望。     

相变材料蓄冷球蓄冷过程的数值模拟

采用ANSYS程序对一种相变材料蓄冷球的凝固过程进行数值计算,得到了在第一类边界条件下蓄冷球的相界面移动速度,各点温度随时间的分布和凝固时间与传热温差的关系.     

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。     

Advances in Numerical Simulation of Demolition Blasting

The application of numerical simulation in demolition blasting was commented. The main methods of numerical simulation in demolition blasting were reviewed. The advantages and disadvantages of the numerical methods mentioned in this paper were also indicated, respectively. Furthermore, the 3D DEM model, which was developed by the author together with his group, was detailed illustrated. The existed problems in the current numerical simulation methods of demolition blasting were presented and the trend of the further development was finally forecasted.     

A hybrid material-point spheropolygon-element method for solid and granular material interaction

Capturing the interaction between objects that have an extreme difference in Young's modulus or geometrical scale is a highly challenging topic for numerical simulation. One of the fundamental questions is how to build an accurate multiscale method with optimal computational efficiency. In this work, we develop a material-point-spheropolygon discrete element method (MPM-SDEM). Our approach fully couples the material point method (MPM) and the spheropolygon discrete element method (SDEM) through the exchange of contact force information. It combines the advantage of MPM for accurately simulating elastoplastic continuum materials and the high efficiency of DEM for calculating the Newtonian dynamics of discrete near-rigid objects. The MPM-SDEM framework is demonstrated with an explicit time integration scheme. Its accuracy and efficiency are further analyzed against the analytical and experimental data. Results demonstrate this method could accurately capture the contact force and momentum exchange between materials while maintaining favorable computational stability and efficiency. Our framework exhibits great potential in the analysis of multi-scale, multi-physics phenomena.