密集颗粒物料力学响应特性的离散模拟研究
发布时间：2021-02-20 02:56
呈紧密堆积状态的颗粒物料在自然界和工业生产中广泛存在。由于其离散性,密集颗粒物料内部的应力分布呈现明显的空间非均匀性和各向异性,导致了力学响应存在明显的空间相关性。从工业应用角度,密集颗粒物料内部应力分布的非均匀性和力学响应的空间相关性,使得物料在流动过程中发生流动不均匀或者不稳定现象,从而影响传递和反应的异常;从理论研究角度,密集颗粒物料内部力学响应特性的强烈空间相关性,为基于平均化方法建立普适性本构模型提出了挑战。因此,深入认识密集颗粒物料的力学响应特性,具有重要的理论和应用意义。本论文工作基于二维离散单元法数值模拟,采用单颗粒牵引和水平剪切的方式对密集颗粒物料施加剪切作用,通过分析牵引颗粒以及牵引板的受力特征,分析了剪切作用下密集颗粒物料的力学响应特征。论文主要研究结果如下:（1）单颗粒牵引条件下,牵引颗粒的水平受力与其尺寸以及颗粒的摩擦系数有关,前者主要是影响了牵引颗粒运动时所能带动的周围其它颗粒的数目,而后者主要改变了密集颗粒物料内平均颗粒法向接触力的大小。（2）对单颗粒水平牵引过程中的stick-slip现象的分析表明,每次slip事件表现为牵引颗粒水平位置阶跃变化;其运动...
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的颗粒物质Fig.1.1Typicalexamplesofgranularmaterial
理论的建立就是其中之一。依据其宏观状态，颗粒物料可粗略地分为三类[4, 5]：（1）呈静止或者缓慢塑性变形状态的颗粒物料，此时颗粒之间主要发生持续接触作用；（2）呈稀疏、快速运动状态的颗粒物料，此时颗粒之间主要是通过瞬态碰撞实现动量和能量的传递；（2）处于两者之间、颗粒间持续接触和瞬间碰撞共存、呈紧密堆积缓慢流动状态的颗粒物料。在化工领域，对应这三类颗粒物料的典型操作装置为固定床、流化床和移动床。对于类固体的第一类颗粒物料，基于岩土力学领域发展起来的弹塑性理论，其宏观应力应变特性能很好地加以刻画；对于类气体的第二类颗粒物料，借鉴气体分子动理论而发展起来的颗粒动理论已被广泛用于刻画其本构行为[6]。然而对于介于这两者之间的密集缓慢流动颗粒物料，目前仍没有普适性的理论能刻画其本构行为[7, 8]。而密集缓慢流动颗粒物料在各种工业生产中广泛存在，以化工领域为例，涉及密集缓慢流动颗粒物料的常见装置包括移动床、高炉、转鼓、返料腿等反应和输运装置。而且在很多情况下，往往是系统中的颗粒物料同时呈现以上三种状态，譬如图 1.2 给出的滚筒中的颗粒物料。因此，深入研究颗粒物质，尤其是呈紧密堆积缓慢流动颗粒物质的宏观动力学响应特性，具有重要的理论和应用意义。
第 1 章 绪论chain，工程上也称为颗粒架拱）[9]，如图 1.3 所示。图 1.3 为 实验得到的、处于剪切作用下光弹颗粒物料内部的应力分布图表颗粒受力大小，颜色越亮，代表受力越大。可以看到此时系现显著的非均匀性和各向异性。在散体力学领域，一般以平均颗粒间接触力大于平均力的接触定义为强接触，反之为弱接、呈准直线型结构的柱状结构定义为力链。Thornton 和 Anton模拟结果研究表明[11]，密集颗粒物质中约 70%的外荷载分布在。对于给定的颗粒物料，颗粒间是否因摩擦滑移而发生相对运剪应力，而临界剪应力取决于颗粒接触对的最大法向作用力。因Thornton和Antony[11]的研究结果实际表明颗粒物料内部不同流动的能力是不同的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]器壁滑动摩擦力对受振颗粒体系中冲击力倍周期分岔过程的影响[J]. 韩红,姜泽辉,李翛然,吕晶,张睿,任杰骥. 物理学报. 2013(11)
[2]理想胶结砂土力学特性及剪切带形成的离散元分析[J]. 蒋明镜,张望城,孙渝刚,张伏光. 岩土工程学报. 2012(12)
[3]颗粒物质(上)[J]. 陆坤权,刘寄星. 物理. 2004(09)
[4]颗粒物质与颗粒流[J]. 鲍德松,张训生. 浙江大学学报(理学版). 2003(05)
博士论文
[1]矩形料仓与移动床中壁面应力与颗粒流动的DEM模拟研究[D]. 许鹏凯.华东理工大学 2015
硕士论文
[1]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
[2]不同混合器中颗粒的分聚与混合研究[D]. 闫明.西北师范大学 2015
[3]振动颗粒的分离与对流[D]. 吴晶.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3042112
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型的颗粒物质Fig.1.1Typicalexamplesofgranularmaterial
理论的建立就是其中之一。依据其宏观状态，颗粒物料可粗略地分为三类[4, 5]：（1）呈静止或者缓慢塑性变形状态的颗粒物料，此时颗粒之间主要发生持续接触作用；（2）呈稀疏、快速运动状态的颗粒物料，此时颗粒之间主要是通过瞬态碰撞实现动量和能量的传递；（2）处于两者之间、颗粒间持续接触和瞬间碰撞共存、呈紧密堆积缓慢流动状态的颗粒物料。在化工领域，对应这三类颗粒物料的典型操作装置为固定床、流化床和移动床。对于类固体的第一类颗粒物料，基于岩土力学领域发展起来的弹塑性理论，其宏观应力应变特性能很好地加以刻画；对于类气体的第二类颗粒物料，借鉴气体分子动理论而发展起来的颗粒动理论已被广泛用于刻画其本构行为[6]。然而对于介于这两者之间的密集缓慢流动颗粒物料，目前仍没有普适性的理论能刻画其本构行为[7, 8]。而密集缓慢流动颗粒物料在各种工业生产中广泛存在，以化工领域为例，涉及密集缓慢流动颗粒物料的常见装置包括移动床、高炉、转鼓、返料腿等反应和输运装置。而且在很多情况下，往往是系统中的颗粒物料同时呈现以上三种状态，譬如图 1.2 给出的滚筒中的颗粒物料。因此，深入研究颗粒物质，尤其是呈紧密堆积缓慢流动颗粒物质的宏观动力学响应特性，具有重要的理论和应用意义。
第 1 章 绪论chain，工程上也称为颗粒架拱）[9]，如图 1.3 所示。图 1.3 为 实验得到的、处于剪切作用下光弹颗粒物料内部的应力分布图表颗粒受力大小，颜色越亮，代表受力越大。可以看到此时系现显著的非均匀性和各向异性。在散体力学领域，一般以平均颗粒间接触力大于平均力的接触定义为强接触，反之为弱接、呈准直线型结构的柱状结构定义为力链。Thornton 和 Anton模拟结果研究表明[11]，密集颗粒物质中约 70%的外荷载分布在。对于给定的颗粒物料，颗粒间是否因摩擦滑移而发生相对运剪应力，而临界剪应力取决于颗粒接触对的最大法向作用力。因Thornton和Antony[11]的研究结果实际表明颗粒物料内部不同流动的能力是不同的。
【参考文献】：
期刊论文
[1]器壁滑动摩擦力对受振颗粒体系中冲击力倍周期分岔过程的影响[J]. 韩红,姜泽辉,李翛然,吕晶,张睿,任杰骥. 物理学报. 2013(11)
[2]理想胶结砂土力学特性及剪切带形成的离散元分析[J]. 蒋明镜,张望城,孙渝刚,张伏光. 岩土工程学报. 2012(12)
[3]颗粒物质(上)[J]. 陆坤权,刘寄星. 物理. 2004(09)
[4]颗粒物质与颗粒流[J]. 鲍德松,张训生. 浙江大学学报(理学版). 2003(05)
博士论文
[1]矩形料仓与移动床中壁面应力与颗粒流动的DEM模拟研究[D]. 许鹏凯.华东理工大学 2015
硕士论文
[1]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
[2]不同混合器中颗粒的分聚与混合研究[D]. 闫明.西北师范大学 2015
[3]振动颗粒的分离与对流[D]. 吴晶.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：3042112
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