基于多尺度内聚颗粒模型的振动挤压破碎过程研究

发布时间：2017-09-04 13:26

  本文关键词：基于多尺度内聚颗粒模型的振动挤压破碎过程研究

  更多相关文章： 离散元 多尺度颗粒模型 挤压振动 数值模拟

【摘要】：物料颗粒的破碎广泛应用于各大基础工业领域,对颗粒材料破碎过程研究则有助于了解破碎的实质。对于描述颗粒破碎过程,利用计算机技术构建适合颗粒破碎过程的颗粒模型已成为破碎领域的热点问题。本研究采用试验分析、理论分析和计算机模拟相结合的方法完成了以下工作:在建立脆性硬岩离散元颗粒模型的基础上,对颗粒微观参数进行了标定分析;在一般性颗粒破碎模型基础上,提出了用于描述颗粒振动挤压破碎过程的多尺度内聚颗粒模型概念,并完成了多尺度结构及内聚力多尺度的定义;根据所构建的多尺度内聚颗粒模型进行了单颗粒振动挤压破碎过程分析,开展了颗粒群的破碎可视化研究。论文的主要研究成果:(1)在单轴压缩标准试验基础上,构建了矿石颗粒离散元模型,探讨了模型各参数的离散元本质,并借助“虚拟实验”方法,借助对比仿真与试验的应力-应变曲线以及试样断裂面的位置,对颗粒模型微观参数进行了标定,获取了一组可模拟脆性矿石断裂特性的颗粒微观粘结参数。(2)从矿石颗粒在挤压作用下的破碎过程描述出发,通过定义单元体不同几何尺度特性和单元体之间粘结键不同强度特性以及结合方法上建立了多尺度内聚颗粒模型;并在EDEM中生成了标准圆柱体试样物理特性的多尺度内聚颗粒圆柱体模型,通过压缩仿真验证了所构颗粒模型的合理性。(3)通过建立板辊式振动挤压破碎机模型,开展了多尺度内聚颗粒模型单颗粒的振动挤压破碎仿真,分析结果表明:在挤压过程中,三级颗粒及二级颗粒内部均出现初始裂纹并进行扩展,符合多尺度内聚模型特点;咬入速度对颗粒模型的破碎影响仅体现在作用时间上,即咬入速度越大,颗粒模型破碎越快,而模型断裂状态及断裂形式均未受其影响;振动载荷下颗粒模型破碎过程依然符合多尺度内聚特点,振动下模型裂纹扩展速度较纯挤压更快,破碎效果较纯挤压更好。(4)建立了多尺度内聚颗粒模型的颗粒群破碎模型,包含三类不同外形形状的18种典型多尺度颗粒结构,实现了颗粒群振动挤压破碎过程可视化;对比分析了纯挤压及振动挤压对颗粒群破碎效果的影响情况,表明振动的施加有利于颗粒群的破碎;同时还发现,在振动加载条件下多尺度内聚颗粒模型颗粒群的破碎率随压缩距离呈先缓慢增加后快速增加趋势;从力链角度描述了颗粒群的振动挤压破碎过程,进一步验证了该破碎特点。通过以上表明,本论文的研究将颗粒在振动挤压加载形式下的破碎过程模型化,为建造新型破碎机提供了有效的途径,具有较好的实际应用价值。
【关键词】：离散元 多尺度颗粒模型 挤压振动 数值模拟
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD921.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 颗粒模型发展研究现状9-15
• 1.2.1 内聚力模型(CZM)研究现状10-11
• 1.2.2 颗粒粘结模型(BPM)研究现状11-14
• 1.2.3 颗粒多尺度模型研究现状14-15
• 1.3 论文主要研究内容15-16
• 第二章 矿石力学试验及基于DEM的矿石参数标定16-32
• 2.1 矿石基本力学性质测定16-18
• 2.1.1 单轴压缩试验方案建立16-17
• 2.1.2 实验结果分析17-18
• 2.2 颗粒离散单元模型理论分析18-25
• 2.2.1 颗粒接触模型理论分析18-21
• 2.2.2 颗粒粘结模型理论分析21-25
• 2.3 脆性硬岩单轴压缩数值模拟25-31
• 2.3.1 颗粒填充体生成步骤25-27
• 2.3.2 单轴压缩数值模拟27-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 多尺度内聚颗粒模型构建方法研究32-44
• 3.1 多尺度内聚颗粒模型基本定义32-33
• 3.2 颗粒模型几何结构的多尺度定义33-38
• 3.2.1 初始结构的选取33-34
• 3.2.2 多尺度结构构成分析34-38
• 3.3 内聚力多尺度定义38-40
• 3.3.1 基于多尺度结构的内聚力定义38-40
• 3.4 多尺度内聚颗粒模型数值模拟40-43
• 3.4.1 多尺度内聚颗粒模型在EDEM中实现40-41
• 3.4.2 多尺度内聚颗粒模型压缩数值模拟41-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第四章 多尺度内聚模型单颗粒振动挤压破碎仿真分析44-64
• 4.1 振动挤压机构创建及运动分析44-47
• 4.1.1 板辊式破碎机三维简化模型的创建44
• 4.1.2 板辊式破碎机工作过程及原理分析44-47
• 4.2 多尺度内聚颗粒模型单颗粒挤压破碎分析47-63
• 4.2.1 颗粒模型的创建及破碎机运动设置47-49
• 4.2.2 颗粒模型纯挤压破碎过程分析49-59
• 4.2.3 振动参数对破碎过程的影响分析59-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 多尺度内聚模型颗粒群振动挤压破碎可视化研究64-73
• 5.1 颗粒群模型的选取64
• 5.2 颗粒群破碎模型的建立64-65
• 5.2.1 颗粒群模型的生成64-65
• 5.2.2 仿真参数及实验方案设定65
• 5.3 仿真结果分析65-72
• 5.3.1 颗粒群破碎过程分析65-69
• 5.3.2 振动参数对颗粒群破碎效果的影响分析69-70
• 5.3.3 颗粒群振动挤压过程力链演变分析70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 攻读学位期间的研究成果79-80

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本文编号：791796