基于有限元—离散元的三体摩擦界面多尺度模拟

发布时间：2017-05-29 01:04

  本文关键词：基于有限元—离散元的三体摩擦界面多尺度模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：为了研究三体摩擦界面中第一体变形与颗粒第三体状态的相互影响,本文利用有限元法和离散元法分别模拟第一体和颗粒第三体,建立了它们之间应力应变的传递机制,保证了二者能各自为对方提供边界条件。在软件方面,选择了有限元软件ANSYS/LSDYNA和离散元软件PFC2d,通过二次开发,实现了软件间数据的有效传递以及循环有序的计算。 利用该多尺度方法,模拟了平行板剪切颗粒第三体的过程,整个模型分为两个子区域：有限元区域(上板)和离散元区域(颗粒第三体和下板),上板在一定的外载荷压应力下挤压颗粒第三体,下板以恒定的速度剪切颗粒第三体。重点研究了剪切过程中的能量耗散情况、宏观摩擦系数、两板间隙、应力分布以及不同外载荷压应力、剪切速度、弹性模量和颗粒粒径下第三体颗粒的运动状态。 模拟结果表明：在不考虑颗粒间黏连作用时,由上、下板输入系统的能量主要由颗粒间的摩擦作用耗散了,整个系统能量守恒；外载荷压应力低于5MPa时,颗粒间的碰撞增多使得第三体内无量纲化平均应力增大,宏观摩擦系数也随之增大；同时,第一体内应力分布与第三体内力链的分布相对应,第三体内力链越强则与其接触的第一体的压应力越大；在剪切过程中,第三体内部颗粒间的接触随接触角度的分布呈现出一定的规律性,0-90。各区间内的强接触较多,尤其在54～72°之间；颗粒接触随接触力大小的分布也具有一定的规律性,颗粒接触力与第三体颗粒平均接触力的比值在0-0.6范围内,颗粒接触数较多,在此范围外,颗粒接触数随该比值的增大而减小。
【关键词】：三体摩擦界面 多尺度法 应力分布 颗粒接触状态 摩擦特性
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH117
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 致谢7-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 概述13
• 1.2 摩擦学研究中的三体摩擦界面问题13-17
• 1.2.1 三体磨粒磨损14-15
• 1.2.2 研磨抛光15
• 1.2.3 颗粒流润滑15-17
• 1.3 三体摩擦界面的数值模拟研究17-22
• 1.3.1 连续介质模型17-18
• 1.3.2 非连续介质模型18-21
• 1.3.3 三体摩擦界面的多尺度研究方法21-22
• 1.4 国内外研究现状评述22-23
• 1.5 本文研究内容23-24
• 第二章 三体摩擦界面多尺度模型的构建及程序实现24-35
• 2.1 引言24
• 2.2 离散元法与有限元法简介24-26
• 2.2.1 离散元法简介24-25
• 2.2.2 有限元法简介25-26
• 2.3 多尺度分析模型及耦合方法26-28
• 2.3.1 分析模型介绍26-27
• 2.3.2 多尺度耦合方法27-28
• 2.4 仿真模型的建立及关键问题28-31
• 2.4.1 离散元区域建模及关键问题28-29
• 2.4.2 有限元区域建模及关键问题29-31
• 2.4.3 压缩过程与剪切过程的模拟31
• 2.5 程序实现31-34
• 2.5.1 数据传递接口31-32
• 2.5.2 循环计算过程32-33
• 2.5.3 软件间传递数据的计算33
• 2.5.4 循环流程图33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第三章 三体摩擦界面的宏观分析35-49
• 3.1 引言35
• 3.2 做功及能量分析35-36
• 3.3 宏观摩擦系数36-38
• 3.4 两板间隙分析38-41
• 3.5 模型应力分析41-47
• 3.5.1 第一体应力应变状态分析41-43
• 3.5.2 颗粒第三体应力分析43-45
• 3.5.3 第一体应力分布与颗粒第三体接触状态的关系45-47
• 3.6 本章小结47-49
• 第四章 第三体颗粒状态分析49-62
• 4.1 引言49
• 4.2 第三体颗粒速度分析49-51
• 4.3 第三体颗粒接触状态分析51-59
• 4.3.1 颗粒总/强接触数及强接触率的分布51-53
• 4.3.2 第三体颗粒平均接触力的分布53-55
• 4.3.3 颗粒接触随接触角度的分布55-57
• 4.3.4 颗粒接触随接触力大小的分布57-59
• 4.4 第三体颗粒滑移率分析59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 总结62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 攻读硕士期间发表的论文67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵永春;刘小君;王伟;刘q;;基于离散元法的表面形貌相互作用研究[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2010年04期

2 刘小君;魏庆森;张彦;刘q;;基于离散元法的粗糙表面摩擦过程数值模拟[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2011年01期

3 傅巍,蔡九菊,董辉,王爱华,刘汉桥,王连勇,田红;颗粒流数值模拟的现状[J];材料与冶金学报;2004年03期

4 胥建龙,唐志平;离散元与有限元结合的多尺度方法及其应用[J];计算物理;2003年06期

5 王伟;刘小君;焦明华;刘q;;滑块运动和形位参数对颗粒流润滑特性的影响规律[J];机械工程学报;2009年07期

6 李锡夔;万柯;;颗粒材料多尺度分析的连接尺度方法[J];力学学报;2010年05期

7 王伟;刘q;;颗粒流润滑的现状和展望[J];摩擦学学报;2008年06期

8 王家军;刘小君;王伟;刘q;;粉-气混合流润滑试验装置及摩擦学特性[J];农业工程学报;2008年12期

9 王伟;刘小君;焦明华;李红献;刘q;;基于面接触的粉末润滑实验研究[J];润滑与密封;2007年11期

10 周健;邓益兵;贾敏才;王家全;;基于颗粒单元接触的二维离散-连续耦合分析方法[J];岩土工程学报;2010年10期

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本文编号：403809