砂石颗粒破碎过程的离散元模拟算法及破碎机理的研究
发布时间：2021-04-04 12:54
脆性材料在土木工程、建筑工程与轨道工程等领域应用广泛,但目前对其变形、断裂与破碎过程的理解尚存在不足。对脆性材料破碎的实验研究虽然是以往研究中最常采用的研究方法,但存在实验成本较高、关键数据的准确测量的难度较大等问题。数值模拟方法可以有效地降低实验研究的成本,并且可以精确地计算出模拟过程中的相关数据,且模拟过程的可视化程度较实验研究较好。鉴于此,本文提出基于离散元建模方法模拟常见脆性材料—砂石颗粒在挤压载荷下的破碎过程。本文中所有的离散元建模工作基于开源离散元建模平台YADE实现,主要研究内容与结论如下:1.提出在简单立方体堆积（SCP）模型的基础上分别填充半径逐渐减小的子颗粒群生成两种改进的立方体堆积模型BCP与TCP,基于Python语言与YADE平台开发并实现本文提出的填充算法。分别研究二维静态载荷与三维动态载荷作用下三种堆积模型（SCP、BCP、TCP）的力学行为。结果表明,BCP较SCP而言,抵抗静态与动态载荷的能力显著提高,但BCP较TCP而言,在静态、动态载荷作用下的力学特性并未见较大的差异。此外,提出基于斐波那契数列研究三种堆积模型的尺寸效应,结果表明三种堆积模型均表现...
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球砂石产销量分布图
第 1 章 引言1.1 课题研究的背景及意义我国作为矿产资源大国，在矿产资源大批量产出的同时，也消耗着世界上大部分的矿产资源。2016 年一次能源生产总量为 34.6 亿吨标准煤，同比下降4.2%；消费总量为 43.6 亿吨标准煤，增长 1.4%。2016 年能源消费结构中煤炭占 62.0%， 石油占 18.3%， 水电、 风电、 核电、天然气等清洁能源占 19.7%[1]。大批量煤炭产出的同时也迫切需要破碎机械破碎原煤后制成小粒径的煤炭，可以使得煤炭燃烧时增大与空气接触面积进而充分燃烧，减少二氧化碳和其他污染物的排放[2]。根据 2015 年中国产业信息网发布的 2015 年中国破碎筛分行业发展概况，中国的矿石产销量占全球 35% （图 1.1），且权威数据预测我国砂石骨料的需求量在 2020 年与 2030 年将分别达到 200 与 250 亿吨[3]（图 1.2）。
机械破碎或粉碎，也能得到一定尺寸分布与规格的颗粒道交通行业的骨料、道砟、碎石等的需求[5-7]。通过破料的比表面积，进而加快物料的化学反应速度、使物料排放。对于采矿工程而言，通过机械破碎矿物，可提取物料的分离与分级等[8]。对于建筑与交通行业而言，混有严格的尺寸与规格要求，通过破碎机械破碎爆破岩体凝土骨料与道砟等材料的尺寸与规格要求。目前破碎机大、热耗散大（大于 50%）、整体效率较低（小于 10%）机理的研究，可以为设计与优化破碎机械提供数据参考象是连续体向非连续体转化的非可逆过程，因此破碎过于从破碎前的物体表面产生新的表面，进而使得物体发有小部分能量被用于产生新的表面，其余能量耗散到了lvaradoS 等的研究表明，在球磨机的研磨过程中，仅仅料的断裂与破碎，大部分能量耗散为热量和电气损失， 1.3 所示[9]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速铁路碎石道砟振动的离散元模拟[J]. 赵春发,张徐,翟婉明. 计算力学学报. 2015(05)
[2]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[J]. 边学成,李伟,李公羽,Erol Tutumluer. 工程力学. 2015(05)
[3]铁路碎石道砟静态压碎行为数值模拟[J]. 张徐,赵春发,翟婉明. 西南交通大学学报. 2015(01)
[4]岩石颗粒破碎的尺寸效应[J]. 徐永福,王益栋,奚悦,褚飞飞. 工程地质学报. 2014(06)
[5]颗粒滚动摩擦系数对堆积特性的影响[J]. 韩燕龙,贾富国,唐玉荣,刘扬,张强. 物理学报. 2014(17)
[6]颗粒滚动-滑动转换机制及摩擦系数的试验研究[J]. 孙珊珊,苏勇,季顺迎. 岩土力学. 2009(S1)
[7]粉末材料堆积的物理模型与仿真系统[J]. 钟文镇,何克晶,周照耀,夏伟,李元元. 物理学报. 2009(S1)
[8]汽车玻璃的静力学特性和冲击破坏现象[J]. 臧孟炎,雷周,尾田十八. 机械工程学报. 2009(02)
硕士论文
[1]准脆性颗粒材料的受压渐进破碎机制研究[D]. 池昌江.清华大学 2015
本文编号：3118071
【文章来源】：华侨大学福建省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球砂石产销量分布图
第 1 章 引言1.1 课题研究的背景及意义我国作为矿产资源大国，在矿产资源大批量产出的同时，也消耗着世界上大部分的矿产资源。2016 年一次能源生产总量为 34.6 亿吨标准煤，同比下降4.2%；消费总量为 43.6 亿吨标准煤，增长 1.4%。2016 年能源消费结构中煤炭占 62.0%， 石油占 18.3%， 水电、 风电、 核电、天然气等清洁能源占 19.7%[1]。大批量煤炭产出的同时也迫切需要破碎机械破碎原煤后制成小粒径的煤炭，可以使得煤炭燃烧时增大与空气接触面积进而充分燃烧，减少二氧化碳和其他污染物的排放[2]。根据 2015 年中国产业信息网发布的 2015 年中国破碎筛分行业发展概况，中国的矿石产销量占全球 35% （图 1.1），且权威数据预测我国砂石骨料的需求量在 2020 年与 2030 年将分别达到 200 与 250 亿吨[3]（图 1.2）。
机械破碎或粉碎，也能得到一定尺寸分布与规格的颗粒道交通行业的骨料、道砟、碎石等的需求[5-7]。通过破料的比表面积，进而加快物料的化学反应速度、使物料排放。对于采矿工程而言，通过机械破碎矿物，可提取物料的分离与分级等[8]。对于建筑与交通行业而言，混有严格的尺寸与规格要求，通过破碎机械破碎爆破岩体凝土骨料与道砟等材料的尺寸与规格要求。目前破碎机大、热耗散大（大于 50%）、整体效率较低（小于 10%）机理的研究，可以为设计与优化破碎机械提供数据参考象是连续体向非连续体转化的非可逆过程，因此破碎过于从破碎前的物体表面产生新的表面，进而使得物体发有小部分能量被用于产生新的表面，其余能量耗散到了lvaradoS 等的研究表明，在球磨机的研磨过程中，仅仅料的断裂与破碎，大部分能量耗散为热量和电气损失， 1.3 所示[9]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高速铁路碎石道砟振动的离散元模拟[J]. 赵春发,张徐,翟婉明. 计算力学学报. 2015(05)
[2]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[J]. 边学成,李伟,李公羽,Erol Tutumluer. 工程力学. 2015(05)
[3]铁路碎石道砟静态压碎行为数值模拟[J]. 张徐,赵春发,翟婉明. 西南交通大学学报. 2015(01)
[4]岩石颗粒破碎的尺寸效应[J]. 徐永福,王益栋,奚悦,褚飞飞. 工程地质学报. 2014(06)
[5]颗粒滚动摩擦系数对堆积特性的影响[J]. 韩燕龙,贾富国,唐玉荣,刘扬,张强. 物理学报. 2014(17)
[6]颗粒滚动-滑动转换机制及摩擦系数的试验研究[J]. 孙珊珊,苏勇,季顺迎. 岩土力学. 2009(S1)
[7]粉末材料堆积的物理模型与仿真系统[J]. 钟文镇,何克晶,周照耀,夏伟,李元元. 物理学报. 2009(S1)
[8]汽车玻璃的静力学特性和冲击破坏现象[J]. 臧孟炎,雷周,尾田十八. 机械工程学报. 2009(02)
硕士论文
[1]准脆性颗粒材料的受压渐进破碎机制研究[D]. 池昌江.清华大学 2015
本文编号：3118071
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