砂石顆粒破碎過程的離散元模擬算法及破碎機理的研究
發(fā)布時間：2021-04-04 12:54
脆性材料在土木工程、建筑工程與軌道工程等領域應用廣泛,但目前對其變形、斷裂與破碎過程的理解尚存在不足。對脆性材料破碎的實驗研究雖然是以往研究中最常采用的研究方法,但存在實驗成本較高、關鍵數(shù)據的準確測量的難度較大等問題。數(shù)值模擬方法可以有效地降低實驗研究的成本,并且可以精確地計算出模擬過程中的相關數(shù)據,且模擬過程的可視化程度較實驗研究較好。鑒于此,本文提出基于離散元建模方法模擬常見脆性材料—砂石顆粒在擠壓載荷下的破碎過程。本文中所有的離散元建模工作基于開源離散元建模平臺YADE實現(xiàn),主要研究內容與結論如下:1.提出在簡單立方體堆積（SCP）模型的基礎上分別填充半徑逐漸減小的子顆粒群生成兩種改進的立方體堆積模型BCP與TCP,基于Python語言與YADE平臺開發(fā)并實現(xiàn)本文提出的填充算法。分別研究二維靜態(tài)載荷與三維動態(tài)載荷作用下三種堆積模型（SCP、BCP、TCP）的力學行為。結果表明,BCP較SCP而言,抵抗靜態(tài)與動態(tài)載荷的能力顯著提高,但BCP較TCP而言,在靜態(tài)、動態(tài)載荷作用下的力學特性并未見較大的差異。此外,提出基于斐波那契數(shù)列研究三種堆積模型的尺寸效應,結果表明三種堆積模型均表現(xiàn)...
【文章來源】：華僑大學福建省
【文章頁數(shù)】：126 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
全球砂石產銷量分布圖
第 1 章 引言1.1 課題研究的背景及意義我國作為礦產資源大國，在礦產資源大批量產出的同時，也消耗著世界上大部分的礦產資源。2016 年一次能源生產總量為 34.6 億噸標準煤，同比下降4.2%；消費總量為 43.6 億噸標準煤，增長 1.4%。2016 年能源消費結構中煤炭占 62.0%， 石油占 18.3%， 水電、 風電、 核電、天然氣等清潔能源占 19.7%[1]。大批量煤炭產出的同時也迫切需要破碎機械破碎原煤后制成小粒徑的煤炭，可以使得煤炭燃燒時增大與空氣接觸面積進而充分燃燒，減少二氧化碳和其他污染物的排放[2]。根據 2015 年中國產業(yè)信息網發(fā)布的 2015 年中國破碎篩分行業(yè)發(fā)展概況，中國的礦石產銷量占全球 35% （圖 1.1），且權威數(shù)據預測我國砂石骨料的需求量在 2020 年與 2030 年將分別達到 200 與 250 億噸[3]（圖 1.2）。
機械破碎或粉碎，也能得到一定尺寸分布與規(guī)格的顆粒道交通行業(yè)的骨料、道砟、碎石等的需求[5-7]。通過破料的比表面積，進而加快物料的化學反應速度、使物料排放。對于采礦工程而言，通過機械破碎礦物，可提取物料的分離與分級等[8]。對于建筑與交通行業(yè)而言，混有嚴格的尺寸與規(guī)格要求，通過破碎機械破碎爆破巖體凝土骨料與道砟等材料的尺寸與規(guī)格要求。目前破碎機大、熱耗散大（大于 50%）、整體效率較低（小于 10%）機理的研究，可以為設計與優(yōu)化破碎機械提供數(shù)據參考象是連續(xù)體向非連續(xù)體轉化的非可逆過程，因此破碎過于從破碎前的物體表面產生新的表面，進而使得物體發(fā)有小部分能量被用于產生新的表面，其余能量耗散到了lvaradoS 等的研究表明，在球磨機的研磨過程中，僅僅料的斷裂與破碎，大部分能量耗散為熱量和電氣損失， 1.3 所示[9]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高速鐵路碎石道砟振動的離散元模擬[J]. 趙春發(fā),張徐,翟婉明. 計算力學學報. 2015(05)
[2]基于顆粒真實幾何形狀的鐵路道砟剪切過程三維離散元分析[J]. 邊學成,李偉,李公羽,Erol Tutumluer. 工程力學. 2015(05)
[3]鐵路碎石道砟靜態(tài)壓碎行為數(shù)值模擬[J]. 張徐,趙春發(fā),翟婉明. 西南交通大學學報. 2015(01)
[4]巖石顆粒破碎的尺寸效應[J]. 徐永福,王益棟,奚悅,褚飛飛. 工程地質學報. 2014(06)
[5]顆粒滾動摩擦系數(shù)對堆積特性的影響[J]. 韓燕龍,賈富國,唐玉榮,劉揚,張強. 物理學報. 2014(17)
[6]顆粒滾動-滑動轉換機制及摩擦系數(shù)的試驗研究[J]. 孫珊珊,蘇勇,季順迎. 巖土力學. 2009(S1)
[7]粉末材料堆積的物理模型與仿真系統(tǒng)[J]. 鐘文鎮(zhèn),何克晶,周照耀,夏偉,李元元. 物理學報. 2009(S1)
[8]汽車玻璃的靜力學特性和沖擊破壞現(xiàn)象[J]. 臧孟炎,雷周,尾田十八. 機械工程學報. 2009(02)
碩士論文
[1]準脆性顆粒材料的受壓漸進破碎機制研究[D]. 池昌江.清華大學 2015
本文編號：3118071
【文章來源】：華僑大學福建省
【文章頁數(shù)】：126 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
全球砂石產銷量分布圖
第 1 章 引言1.1 課題研究的背景及意義我國作為礦產資源大國，在礦產資源大批量產出的同時，也消耗著世界上大部分的礦產資源。2016 年一次能源生產總量為 34.6 億噸標準煤，同比下降4.2%；消費總量為 43.6 億噸標準煤，增長 1.4%。2016 年能源消費結構中煤炭占 62.0%， 石油占 18.3%， 水電、 風電、 核電、天然氣等清潔能源占 19.7%[1]。大批量煤炭產出的同時也迫切需要破碎機械破碎原煤后制成小粒徑的煤炭，可以使得煤炭燃燒時增大與空氣接觸面積進而充分燃燒，減少二氧化碳和其他污染物的排放[2]。根據 2015 年中國產業(yè)信息網發(fā)布的 2015 年中國破碎篩分行業(yè)發(fā)展概況，中國的礦石產銷量占全球 35% （圖 1.1），且權威數(shù)據預測我國砂石骨料的需求量在 2020 年與 2030 年將分別達到 200 與 250 億噸[3]（圖 1.2）。
機械破碎或粉碎，也能得到一定尺寸分布與規(guī)格的顆粒道交通行業(yè)的骨料、道砟、碎石等的需求[5-7]。通過破料的比表面積，進而加快物料的化學反應速度、使物料排放。對于采礦工程而言，通過機械破碎礦物，可提取物料的分離與分級等[8]。對于建筑與交通行業(yè)而言，混有嚴格的尺寸與規(guī)格要求，通過破碎機械破碎爆破巖體凝土骨料與道砟等材料的尺寸與規(guī)格要求。目前破碎機大、熱耗散大（大于 50%）、整體效率較低（小于 10%）機理的研究，可以為設計與優(yōu)化破碎機械提供數(shù)據參考象是連續(xù)體向非連續(xù)體轉化的非可逆過程，因此破碎過于從破碎前的物體表面產生新的表面，進而使得物體發(fā)有小部分能量被用于產生新的表面，其余能量耗散到了lvaradoS 等的研究表明，在球磨機的研磨過程中，僅僅料的斷裂與破碎，大部分能量耗散為熱量和電氣損失， 1.3 所示[9]。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高速鐵路碎石道砟振動的離散元模擬[J]. 趙春發(fā),張徐,翟婉明. 計算力學學報. 2015(05)
[2]基于顆粒真實幾何形狀的鐵路道砟剪切過程三維離散元分析[J]. 邊學成,李偉,李公羽,Erol Tutumluer. 工程力學. 2015(05)
[3]鐵路碎石道砟靜態(tài)壓碎行為數(shù)值模擬[J]. 張徐,趙春發(fā),翟婉明. 西南交通大學學報. 2015(01)
[4]巖石顆粒破碎的尺寸效應[J]. 徐永福,王益棟,奚悅,褚飛飛. 工程地質學報. 2014(06)
[5]顆粒滾動摩擦系數(shù)對堆積特性的影響[J]. 韓燕龍,賈富國,唐玉榮,劉揚,張強. 物理學報. 2014(17)
[6]顆粒滾動-滑動轉換機制及摩擦系數(shù)的試驗研究[J]. 孫珊珊,蘇勇,季順迎. 巖土力學. 2009(S1)
[7]粉末材料堆積的物理模型與仿真系統(tǒng)[J]. 鐘文鎮(zhèn),何克晶,周照耀,夏偉,李元元. 物理學報. 2009(S1)
[8]汽車玻璃的靜力學特性和沖擊破壞現(xiàn)象[J]. 臧孟炎,雷周,尾田十八. 機械工程學報. 2009(02)
碩士論文
[1]準脆性顆粒材料的受壓漸進破碎機制研究[D]. 池昌江.清華大學 2015
本文編號：3118071
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