颗粒破碎行为的离散模拟研究
发布时间：2023-01-05 18:31
颗粒物料在自然界和工业生产中广泛存在。当作用在颗粒上的外荷载超过某个临界值时,颗粒会发生破碎。颗粒破碎显然会影响整个床层的压降、热-力性能等特性。因此,准确地预测颗粒的破碎,对于控制和优化相关涉及颗粒物质操作具有重要的意义。实验中,颗粒的破碎强度通常是通过单轴压缩等实验得到。然而实际颗粒物料中某个颗粒可能会同时和多个颗粒发生接触作用,且基础构型随颗粒而变化。这就导致一个重要的问题:单轴压缩得到的颗粒强度是否适用于多点压缩状态,有没有一个唯一的普适性的颗粒破碎准则?针对这一问题,本论文通过开展三维离散单元法数值模拟颗粒破碎行为,展开了相关研究。论文的第二章对经典的Hertz接触作用模型进行了修正。基于采用的离散单元法数值模型模拟得到的试样宏观杨氏模量、拉伸强度和压缩强度同时能与实验结果吻合,说明本论文所采用的离散单元法数值模型的合理性和可靠性。论文第三章以方形试样为对象,通过开展拉伸和压缩模拟,讨论了离散单元法模拟中固体键设置对模拟结果的影响。模拟结果表明,对于给定的材料,只存在一种拉伸/剪切临界强度组合,使得模拟得到的试样拉伸强度和压缩强度同时能与实验结果吻合。拉伸下试样的破坏呈现一种...
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 颗粒材料破碎的研究现状
1.3 颗粒物料破碎的数值模拟研究现状
1.3.1 颗粒物料破碎的有限元模拟方法
1.3.2 颗粒物料破碎的近场动力学模拟方法
1.3.3 颗粒物料破碎的离散单元法模拟方法
1.4 颗粒破碎准则
1.5 本文主要研究内容
第2章 离散单元法接触作用模型
2.1 引言
2.2 离散单元法数值模型
2.2.1 基本方程
2.3 数值试样制备
2.4 模型检验
2.4.1 典型的试样破坏过程
2.4.2 数值试样破坏的定量刻画
2.5 小结
第3章 脆性材料破坏行为的微观分析
3.1 前言
3.2 模拟设置
3.3 固体键属性对于材料力学特性的影响
3.3.1 临界断裂强度的设定
3.3.2 结果与讨论
3.4 固体键强度分布对试样拉伸和压缩断裂强度的影响
3.5 小结
第4章 多点加载下颗粒破碎行为
4.1 引言
4.2 目前常见的颗粒破碎准则
4.2.1 最大主应力准则
4.2.2 平均应力准则
4.2.3 最大拉应力准则
4.2.4 八面体剪切应力准则
4.2.5 最大接触力准则
4.3 数值试样制备
4.4 多球加载颗粒破碎
4.4.1 单颗粒破碎过程定量刻画
4.4.2 基于多点接触下颗粒破碎准则
4.4.3 颗粒破碎模式
4.5 壁面加载颗粒破碎
4.5.1 壁面加载下颗粒破碎的定性刻画
4.5.2 基于壁面加载下颗粒破碎准则
4.5.3 尺寸效应
4.6 讨论
4.7 小结
第5章 结论与展望
5.1 全文总结
5.2 工作展望
参考文献
附录
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]近场动力学研究进展与岩石破裂过程模拟[J]. 陈智勇,苏国韶,黄小华,朱建文,翟连军. 固体力学学报. 2019(04)
[2]多孔陶瓷材料力学特性的离散单元法定量模拟[J]. 周爽,苏景林,刘晓星,安百钢,喻寅,贺红亮,张泉,冯勇进,王晓宇. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(06)
[3]一种模拟堆石料颗粒破碎的离散元-比例边界有限元结合法[J]. 罗滔,E.T.Ooi,A.H.C Chan,傅少君. 岩土力学. 2017(05)
[4]DEM Modeling of Particle Breakage in Silica Sands under One-Dimensional Compression[J]. Danda Shi,Lin Zheng,Jianfeng Xue,Jing Sun. Acta Mechanica Solida Sinica. 2016(01)
[5]冲击载荷作用下颗粒材料动态力学响应的近场动力学模拟[J]. 章青,顾鑫,郁杨天. 力学学报. 2016(01)
[6]平台巴西圆盘试样测试岩石的弹性常数[J]. 崔智丽. 科技传播. 2014(09)
[7]近场动力学方法及其应用[J]. 黄丹,章青,乔丕忠,沈峰. 力学进展. 2010(04)
博士论文
[1]冲击载荷下脆性颗粒材料多尺度变形破碎特性研究[D]. 黄俊宇.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]脆性材料中裂纹扩展特性的离散模拟研究[D]. 胡国志.辽宁科技大学 2020
[2]多孔陶瓷材料力学性能的离散单元法模拟研究[D]. 周爽.辽宁科技大学 2019
[3]颗粒物质力学响应特性的离散模拟研究[D]. 苏景林.辽宁科技大学 2016
本文编号：3727941
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 颗粒材料破碎的研究现状
1.3 颗粒物料破碎的数值模拟研究现状
1.3.1 颗粒物料破碎的有限元模拟方法
1.3.2 颗粒物料破碎的近场动力学模拟方法
1.3.3 颗粒物料破碎的离散单元法模拟方法
1.4 颗粒破碎准则
1.5 本文主要研究内容
第2章 离散单元法接触作用模型
2.1 引言
2.2 离散单元法数值模型
2.2.1 基本方程
2.3 数值试样制备
2.4 模型检验
2.4.1 典型的试样破坏过程
2.4.2 数值试样破坏的定量刻画
2.5 小结
第3章 脆性材料破坏行为的微观分析
3.1 前言
3.2 模拟设置
3.3 固体键属性对于材料力学特性的影响
3.3.1 临界断裂强度的设定
3.3.2 结果与讨论
3.4 固体键强度分布对试样拉伸和压缩断裂强度的影响
3.5 小结
第4章 多点加载下颗粒破碎行为
4.1 引言
4.2 目前常见的颗粒破碎准则
4.2.1 最大主应力准则
4.2.2 平均应力准则
4.2.3 最大拉应力准则
4.2.4 八面体剪切应力准则
4.2.5 最大接触力准则
4.3 数值试样制备
4.4 多球加载颗粒破碎
4.4.1 单颗粒破碎过程定量刻画
4.4.2 基于多点接触下颗粒破碎准则
4.4.3 颗粒破碎模式
4.5 壁面加载颗粒破碎
4.5.1 壁面加载下颗粒破碎的定性刻画
4.5.2 基于壁面加载下颗粒破碎准则
4.5.3 尺寸效应
4.6 讨论
4.7 小结
第5章 结论与展望
5.1 全文总结
5.2 工作展望
参考文献
附录
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]近场动力学研究进展与岩石破裂过程模拟[J]. 陈智勇,苏国韶,黄小华,朱建文,翟连军. 固体力学学报. 2019(04)
[2]多孔陶瓷材料力学特性的离散单元法定量模拟[J]. 周爽,苏景林,刘晓星,安百钢,喻寅,贺红亮,张泉,冯勇进,王晓宇. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(06)
[3]一种模拟堆石料颗粒破碎的离散元-比例边界有限元结合法[J]. 罗滔,E.T.Ooi,A.H.C Chan,傅少君. 岩土力学. 2017(05)
[4]DEM Modeling of Particle Breakage in Silica Sands under One-Dimensional Compression[J]. Danda Shi,Lin Zheng,Jianfeng Xue,Jing Sun. Acta Mechanica Solida Sinica. 2016(01)
[5]冲击载荷作用下颗粒材料动态力学响应的近场动力学模拟[J]. 章青,顾鑫,郁杨天. 力学学报. 2016(01)
[6]平台巴西圆盘试样测试岩石的弹性常数[J]. 崔智丽. 科技传播. 2014(09)
[7]近场动力学方法及其应用[J]. 黄丹,章青,乔丕忠,沈峰. 力学进展. 2010(04)
博士论文
[1]冲击载荷下脆性颗粒材料多尺度变形破碎特性研究[D]. 黄俊宇.中国科学技术大学 2016
硕士论文
[1]脆性材料中裂纹扩展特性的离散模拟研究[D]. 胡国志.辽宁科技大学 2020
[2]多孔陶瓷材料力学性能的离散单元法模拟研究[D]. 周爽.辽宁科技大学 2019
[3]颗粒物质力学响应特性的离散模拟研究[D]. 苏景林.辽宁科技大学 2016
本文编号：3727941
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