本文關(guān)鍵詞：顆粒物質(zhì)力學(xué)響應(yīng)特性的離散模擬研究

  更多相關(guān)文章： 顆粒物質(zhì) 離散單元法 接觸力概率分布 有效摩擦系數(shù) 雙軸壓縮

【摘要】：顆粒物質(zhì)廣泛存在于自然界和各種工業(yè)過程中。不同于流體和固體,外荷載作用下呈緊密堆積狀態(tài)的顆粒物質(zhì)內(nèi)部應(yīng)力分布呈現(xiàn)顯著的各向異性和空間非均勻性,系統(tǒng)內(nèi)形成介尺度力鏈結(jié)構(gòu)。從工業(yè)應(yīng)用角度,密集顆粒系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)力分布的空間非均勻性可能會導(dǎo)致顆粒物料的流動不均勻或者不穩(wěn)定,進而引發(fā)傳遞、反應(yīng)特性的異常;而理論研究角度,應(yīng)力分布的各向異性和空間非均勻性使得系統(tǒng)內(nèi)顆粒的動力學(xué)響應(yīng)特性存在強烈的時空相關(guān)性,這為基于平均化方法的連續(xù)介質(zhì)理論來描述緊密堆積顆粒物料的宏觀流動、力學(xué)特性提出了挑戰(zhàn)。因此,深入認識密集顆粒物料的微觀和宏觀力學(xué)響應(yīng)特性,具有重要的應(yīng)用和理論意義。本論文工作通過開展離散單元法數(shù)值模擬,從微觀顆粒尺度系統(tǒng)研究了顆粒物料屬性包括摩擦系數(shù)和顆粒組成,對顆粒間接觸力概率分布、系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)力分配以及宏觀應(yīng)力-應(yīng)變特性的影響。論文工作的主要研究如下:(1)在所考察的參數(shù)范圍內(nèi),顆粒摩擦系數(shù)和顆粒組成對顆粒間法向和切向無因次接觸力概率分布的影響基本可忽略,無因次接觸力概率分布形式僅與顆粒物料所處的應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)。通過對比離散單元法數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和文獻中五種典型的接觸力概率分布函數(shù)預(yù)測結(jié)果,發(fā)現(xiàn)韋布爾模型和Nagan模型的擬合度較好,且模型中的相關(guān)經(jīng)驗參數(shù)隨應(yīng)力的變化具有明顯的規(guī)律性,說明這兩種接觸力概率分布模型的普適性較好。(2)對于單組份密集顆粒物料的研究結(jié)果表明,顆粒間摩擦系數(shù)的增大會導(dǎo)致臨界狀態(tài)下的顆粒物料的有效摩擦系數(shù)增大;在微觀顆粒尺度上,這表現(xiàn)為顆粒間接觸方向的各向異性增強、系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)力分布的空間非均勻性提高、顆粒間平均接觸力增大、平均顆粒配位數(shù)減小。(3)對于由軟硬顆粒構(gòu)成的兩組元顆粒混合物,隨著軟顆粒體積分數(shù)的增大,宏觀應(yīng)力在微觀顆粒上的分配于軟顆粒含量約60%處發(fā)生轉(zhuǎn)捩;軟顆粒含量的提高導(dǎo)致顆粒間接觸方向的非均勻程度降低,顆粒間法向和切向接觸力各向異性增強;這三者的綜合作用使得宏觀有效摩擦系數(shù)近似保持恒定。(4)對于大小顆粒組成的兩組元顆粒混合物,隨著小顆粒含量的增大,宏觀應(yīng)力在微觀顆粒上的分配于小顆粒體積含量約為30%處發(fā)生轉(zhuǎn)捩;小顆粒含量的增大提高了顆粒間接觸長度的各向異性,但降低了顆粒間接觸方向各向異性,其綜合結(jié)果是系統(tǒng)的宏觀有效摩擦系數(shù)基本不隨顆粒組成的變化而變化。
【關(guān)鍵詞】：顆粒物質(zhì) 離散單元法 接觸力概率分布 有效摩擦系數(shù) 雙軸壓縮
【學(xué)位授予單位】：遼寧科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ019
【目錄】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1.緒論10-21
• 1.1 顆粒物質(zhì)研究意義10-12
• 1.2 密集顆粒物質(zhì)的流變特性12-17
• 1.2.1 相變模型12-14
• 1.2.2 局部流變模型14-15
• 1.2.3 非局部流變模型15-17
• 1.3 密集顆粒物質(zhì)的力分布特征17-19
• 1.4 密集顆粒物質(zhì)的力學(xué)屬性19-20
• 1.5 本文主要工作20-21
• 2.顆粒間接觸力分布的離散模擬21-49
• 2.1 離散單元模擬方法21-25
• 2.1.1 基本方程22-24
• 2.1.2 參數(shù)設(shè)置24-25
• 2.2 顆粒物質(zhì)典型力學(xué)特征25-31
• 2.3 顆粒屬性對接觸力概率分布的影響31-39
• 2.3.1 摩擦系數(shù)的影響31-34
• 2.3.2 顆粒硬度的影響34-36
• 2.3.3 顆粒尺寸的影響36-38
• 2.3.4 小結(jié)38-39
• 2.4 法向接觸力分布的擬合模型39-47
• 2.4.1 分段擬合39-40
• 2.4.2 q模型40-41
• 2.4.3 Mueth模型41-42
• 2.4.4 韋布爾分布模型42-44
• 2.4.5 Nagan模型44-47
• 2.5 本章小結(jié)47-49
• 3.顆粒物質(zhì)的微觀力學(xué)特性49-79
• 3.1 摩擦系數(shù)的影響49-59
• 3.1.1 不同摩擦系數(shù)物料的宏觀力學(xué)特性49-57
• 3.1.2 不同摩擦系數(shù)物料的微觀力學(xué)特性57-59
• 3.2 顆粒硬度的影響59-68
• 3.2.1 軟硬顆粒物料的宏觀力學(xué)特性59-62
• 3.2.2 軟硬顆粒物料的微觀力學(xué)特性62-68
• 3.3 顆粒尺寸的影響68-78
• 3.3.1 大小顆粒物料的宏觀力學(xué)特性68-72
• 3.3.2 大小顆粒物料的微觀力學(xué)特性72-78
• 3.4 本章小結(jié)78-79
• 4.結(jié)論及展望79-81
• 參考文獻81-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況85-86
• 致謝86-87
• 作者簡介87-88

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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本文編號：1067409