傳統(tǒng)PFC模擬卸糧均采用單一ball單元模型,不能準(zhǔn)確反映小麥等不規(guī)則糧食卸糧過(guò)程中的宏細(xì)觀力學(xué)機(jī)理。本研究建立了由clump單元和ball單元組成的改進(jìn)顆粒簇單元,以室內(nèi)卸糧物理模型試驗(yàn)為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,并和傳統(tǒng)模型的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。研究表明:（1）在宏觀倉(cāng)壁壓力方面,改進(jìn)顆粒簇單元模擬所得結(jié)果與傳統(tǒng)ball模型相比,誤差降低了17.9%;（2）在顆粒細(xì)觀結(jié)構(gòu)方面,改進(jìn)模型的顆粒堆積孔隙率下降了3.07%,而配位數(shù)增大了27%,模擬誤差降低了3.12%;（3）改進(jìn)模型接觸力數(shù)量增加了96.3%,接觸力鏈分布更均勻密集,能清晰反映瞬時(shí)拱此消彼長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)變化。本研究建立的改進(jìn)顆粒簇單元提高了模擬的準(zhǔn)確度,能客觀反映卸糧過(guò)程的側(cè)壓力、顆粒結(jié)構(gòu)、細(xì)觀力學(xué)參數(shù)動(dòng)態(tài)變化。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)糧油學(xué)報(bào). 2019,34(10)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

改進(jìn)顆粒簇單元示意圖

單元顆粒的夾角α為0。vc→a=v→?a+w?→a×r?→a(9)vc?→b=w?→b×r→?w(10)dv?→c=v→?a+(w?→a×r?→a－w?→b×r→?w)(11)相對(duì)速度在法向和切向的分量為:dv?→n=dv?→cn→=v→?an→－w?→a×r?→a·sinα+w?→b×r→?w(12)dv?→t=dv?→ct→=v?→at→－w?→a×r?→a·cosα(13)圖3clump單元和墻體之間接觸2.3力和位移定律對(duì)于顆粒和墻體，法向切向的速度分量都造成了相應(yīng)方向的位移，根據(jù)上述方式所計(jì)算出的速度分量，可以得到一個(gè)時(shí)間段變化的位移分量為Δr，根據(jù)力－位移定律［16，17］可以得到單位時(shí)間內(nèi)力的變化量。ΔF?→n=knΔr?→n=dv?→nΔt(14)ΔF?→t=ktΔr?→t=dv?→tΔt(15)由此易得顆粒的運(yùn)動(dòng)方程:∑F=m?→dvdt=m→?dr2d2t(16)∑M→=I?→dwdt=Id?→θ2d2t(17)式中:I為顆粒的慣性矩，∑F為顆粒體所受的合力。在運(yùn)算的每個(gè)微小時(shí)段，細(xì)觀參數(shù)都在發(fā)生改變。以顆粒A為例，力在一個(gè)微小時(shí)段的更新為:Fn(t+Δt????→)=Fn(t???→)+ΔFn(t???→)(18)Ft(t+Δt????→)=Ft(t?→)+ΔFt(t???→)(19)07

純觶??栽詒狙芯恐脅捎靡恢中?的裝料方法，即在顆粒單元下落過(guò)程中不設(shè)置顆粒間的摩擦力，待分層裝料完成后，用ballproperty(clumpproperty)命令賦予顆粒體摩擦系數(shù)，再迭代一定時(shí)步達(dá)到穩(wěn)定。單一ball單元模型裝載完成后共含有23000個(gè)ball單元，堆料高度為0.994m。改進(jìn)顆粒簇模型裝載完成后含有24676個(gè)clump單元，2382個(gè)小型ball單元堆料高度為1.013m。兩模型規(guī)模相近。選取左側(cè)點(diǎn)位將模擬所得靜態(tài)儲(chǔ)糧側(cè)壓力結(jié)果與室內(nèi)物理模型試驗(yàn)的靜態(tài)儲(chǔ)糧側(cè)壓力結(jié)果對(duì)比(下圖5)，結(jié)果表示數(shù)值相差不大，而整體趨勢(shì)比較契合，可以驗(yàn)證此模擬試驗(yàn)的真實(shí)性。圖5靜態(tài)裝載下倉(cāng)壁側(cè)壓力值4.4卸糧動(dòng)態(tài)側(cè)壓力模擬對(duì)比結(jié)果考慮到上部監(jiān)測(cè)點(diǎn)側(cè)壓力波動(dòng)幅度較小且在卸糧開(kāi)始一段時(shí)間后就進(jìn)入零壓力區(qū)而導(dǎo)致不利于觀測(cè)的問(wèn)題，選定1、3、5三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行卸糧動(dòng)態(tài)側(cè)壓力的數(shù)據(jù)分析。改進(jìn)后模型和原單一ball模型在自由卸糧過(guò)程中的倉(cāng)壁動(dòng)態(tài)側(cè)壓力如下圖6、圖7所示。由圖可以發(fā)現(xiàn)，在改進(jìn)前后模型中，動(dòng)態(tài)側(cè)壓力均遵循隨著深度的降低而減小的原則［21］，改進(jìn)后模型迭代1080萬(wàn)步后糧食卸空，對(duì)應(yīng)物理時(shí)間為31.4s，原模型迭代450萬(wàn)步卸空，對(duì)應(yīng)物理時(shí)間為29.1s，改進(jìn)模型的卸糧過(guò)程所迭代的步數(shù)較多說(shuō)明卸糧經(jīng)歷時(shí)間比較長(zhǎng)，出流相對(duì)比較滯澀。圖6ball單元模型動(dòng)態(tài)側(cè)壓力模擬結(jié)果圖7改進(jìn)顆粒簇模型的動(dòng)態(tài)側(cè)壓力模擬結(jié)果取1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為例進(jìn)行分析，如圖8所示，從卸料開(kāi)始到結(jié)束，原模型和改進(jìn)顆粒簇模型以及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果的側(cè)壓力變化趨勢(shì)對(duì)比。經(jīng)過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)前后模型相較試驗(yàn)結(jié)果雖然波動(dòng)都比較劇烈，但

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]改進(jìn)顆粒組構(gòu)力學(xué)模型模擬筒倉(cāng)卸糧成拱細(xì)觀機(jī)理[J]. 馮永,李萌.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2018(20)
[2]散糧堆底部壓力顆粒流數(shù)值模擬分析[J]. 許啟鏗,揣君,曹宇飛,王錄民,劉永超.  中國(guó)糧油學(xué)報(bào). 2017(09)
[3]小麥PFC模型細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法的驗(yàn)證與分析[J]. 揣君,王錄民,許啟鏗,劉永超,蔣敏敏.  中國(guó)粉體技術(shù). 2017(04)
[4]基于離散元的玉米種子顆粒模型種間接觸參數(shù)標(biāo)定[J]. 王云霞,梁志杰,張東興,崔濤,史嵩,李克鴻,楊麗.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2016(22)
[5]錐形改流體下部孔徑對(duì)筒倉(cāng)卸料流態(tài)的影響[J]. 譚援強(qiáng),肖湘武,鄭軍輝,姜?jiǎng)購(gòu)?qiáng),高偉.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2016(19)
[6]帶流槽側(cè)壁卸料動(dòng)態(tài)超壓及流態(tài)的PFC3D數(shù)值模擬[J]. 原方,龐焜,董承英,徐志軍.  工程力學(xué). 2016(S1)
[7]PFC2D數(shù)值計(jì)算模型微觀參數(shù)確定方法[J]. 李坤蒙,李元輝,徐帥,安龍.  東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(04)
[8]基于離散元法的錐形筒倉(cāng)中顆粒流體的數(shù)學(xué)模擬[J]. 譚援強(qiáng),鄭軍輝,張浩,高偉,姜?jiǎng)購(gòu)?qiáng),肖湘武.  過(guò)程工程學(xué)報(bào). 2015(06)
[9]粗粒土應(yīng)力誘發(fā)各向異性真三軸試驗(yàn)顆粒流模擬研究[J]. 齊陽(yáng),唐新軍,李曉慶.  巖土工程學(xué)報(bào). 2015(12)
[10]PFC3D模型中砂土細(xì)觀參數(shù)的確定方法[J]. 陳亞?wèn)|,于艷,佘躍心.  巖土工程學(xué)報(bào). 2013(S2)

博士論文
[1]管涌現(xiàn)象細(xì)觀機(jī)理的模型試驗(yàn)與顆粒流數(shù)值模擬研究[D]. 張剛.同濟(jì)大學(xué) 2007

碩士論文
[1]高大平房倉(cāng)內(nèi)糧食摩擦與壓縮特性研究[D]. 陸琳琳.南京財(cái)經(jīng)大學(xué) 2012



本文編號(hào)：3615209