颗粒物质力学响应特性的离散模拟研究

发布时间：2017-10-20 13:29

  本文关键词：颗粒物质力学响应特性的离散模拟研究

  更多相关文章： 颗粒物质 离散单元法 接触力概率分布 有效摩擦系数 双轴压缩

【摘要】：颗粒物质广泛存在于自然界和各种工业过程中。不同于流体和固体,外荷载作用下呈紧密堆积状态的颗粒物质内部应力分布呈现显著的各向异性和空间非均匀性,系统内形成介尺度力链结构。从工业应用角度,密集颗粒系统内应力分布的空间非均匀性可能会导致颗粒物料的流动不均匀或者不稳定,进而引发传递、反应特性的异常;而理论研究角度,应力分布的各向异性和空间非均匀性使得系统内颗粒的动力学响应特性存在强烈的时空相关性,这为基于平均化方法的连续介质理论来描述紧密堆积颗粒物料的宏观流动、力学特性提出了挑战。因此,深入认识密集颗粒物料的微观和宏观力学响应特性,具有重要的应用和理论意义。本论文工作通过开展离散单元法数值模拟,从微观颗粒尺度系统研究了颗粒物料属性包括摩擦系数和颗粒组成,对颗粒间接触力概率分布、系统内应力分配以及宏观应力-应变特性的影响。论文工作的主要研究如下:(1)在所考察的参数范围内,颗粒摩擦系数和颗粒组成对颗粒间法向和切向无因次接触力概率分布的影响基本可忽略,无因次接触力概率分布形式仅与颗粒物料所处的应力状态有关。通过对比离散单元法数值模拟数据和文献中五种典型的接触力概率分布函数预测结果,发现韦布尔模型和Nagan模型的拟合度较好,且模型中的相关经验参数随应力的变化具有明显的规律性,说明这两种接触力概率分布模型的普适性较好。(2)对于单组份密集颗粒物料的研究结果表明,颗粒间摩擦系数的增大会导致临界状态下的颗粒物料的有效摩擦系数增大;在微观颗粒尺度上,这表现为颗粒间接触方向的各向异性增强、系统内应力分布的空间非均匀性提高、颗粒间平均接触力增大、平均颗粒配位数减小。(3)对于由软硬颗粒构成的两组元颗粒混合物,随着软颗粒体积分数的增大,宏观应力在微观颗粒上的分配于软颗粒含量约60%处发生转捩;软颗粒含量的提高导致颗粒间接触方向的非均匀程度降低,颗粒间法向和切向接触力各向异性增强;这三者的综合作用使得宏观有效摩擦系数近似保持恒定。(4)对于大小颗粒组成的两组元颗粒混合物,随着小颗粒含量的增大,宏观应力在微观颗粒上的分配于小颗粒体积含量约为30%处发生转捩;小颗粒含量的增大提高了颗粒间接触长度的各向异性,但降低了颗粒间接触方向各向异性,其综合结果是系统的宏观有效摩擦系数基本不随颗粒组成的变化而变化。
【关键词】：颗粒物质 离散单元法 接触力概率分布 有效摩擦系数 双轴压缩
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ019
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1.绪论10-21
• 1.1 颗粒物质研究意义10-12
• 1.2 密集颗粒物质的流变特性12-17
• 1.2.1 相变模型12-14
• 1.2.2 局部流变模型14-15
• 1.2.3 非局部流变模型15-17
• 1.3 密集颗粒物质的力分布特征17-19
• 1.4 密集颗粒物质的力学属性19-20
• 1.5 本文主要工作20-21
• 2.颗粒间接触力分布的离散模拟21-49
• 2.1 离散单元模拟方法21-25
• 2.1.1 基本方程22-24
• 2.1.2 参数设置24-25
• 2.2 颗粒物质典型力学特征25-31
• 2.3 颗粒属性对接触力概率分布的影响31-39
• 2.3.1 摩擦系数的影响31-34
• 2.3.2 颗粒硬度的影响34-36
• 2.3.3 颗粒尺寸的影响36-38
• 2.3.4 小结38-39
• 2.4 法向接触力分布的拟合模型39-47
• 2.4.1 分段拟合39-40
• 2.4.2 q模型40-41
• 2.4.3 Mueth模型41-42
• 2.4.4 韦布尔分布模型42-44
• 2.4.5 Nagan模型44-47
• 2.5 本章小结47-49
• 3.颗粒物质的微观力学特性49-79
• 3.1 摩擦系数的影响49-59
• 3.1.1 不同摩擦系数物料的宏观力学特性49-57
• 3.1.2 不同摩擦系数物料的微观力学特性57-59
• 3.2 颗粒硬度的影响59-68
• 3.2.1 软硬颗粒物料的宏观力学特性59-62
• 3.2.2 软硬颗粒物料的微观力学特性62-68
• 3.3 颗粒尺寸的影响68-78
• 3.3.1 大小颗粒物料的宏观力学特性68-72
• 3.3.2 大小颗粒物料的微观力学特性72-78
• 3.4 本章小结78-79
• 4.结论及展望79-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况85-86
• 致谢86-87
• 作者简介87-88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 孟凡净;刘q;王伟;;剪切平行板间密集颗粒流的接触力分布及各向异性分析[J];应用数学和力学;2013年07期

2 陈渊召;李振霞;;基于离散元法的橡胶颗粒沥青混合料细观结构分析[J];哈尔滨工业大学学报;2013年04期

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4 张兴刚;胡林;;成分无序颗粒体系中切向力的分布[J];计算物理;2012年04期

5 张兴刚;胡林;;二维成分无序颗粒体系中法向力的分布[J];物理学报;2012年10期

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本文编号：1067409