非凸体颗粒材料缓冲性能的离散元模拟
发布时间：2021-12-09 06:04
采用离散元方法对冲击载荷作用下E形、U形和dolos形（扭转H形）等非凸体颗粒材料的缓冲性能进行数值分析。计算结果表明:与球形颗粒相比,非凸体颗粒材料具有良好的缓冲特性。同时,不同颗粒形状都存在一个临界长宽比Rc,当长宽比R<Rc时,底板的压力峰值随长宽比R的增加而减小;当长宽比R>Rc时,底板的压力峰值变化不再显著并趋于稳定。通过设定不同材料参数分析非凸体颗粒材料能耗散的主要方式,发现非凸体颗粒材料能量耗机制以摩擦耗散为主要方式,非弹性碰撞为次要方式,基本不存在飞溅颗粒耗散能量现象。最后,对颗粒系统在冲击过程中的平均配位数变化进行了讨论,以揭示非凸体颗粒形状对颗粒介质摩擦耗能机制的影响,结果表明,高长宽比的非凸体颗粒在冲击作用下颗粒单元接触更稳定,有利于摩擦力通过滑移诱导能量耗散,这导致非凸体颗粒具有更好的缓冲性能。
【文章来源】：太原理工大学学报. 2019,50(02)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图２不同长宽比的Ｅ形颗粒模型Ｆｉｇ．２Ｅ－ｓｈａｐｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｍｏｄｅｌｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｓ0.583∶10.667∶10.792∶11.000∶11.417∶1
２颗粒材料冲击过程的数值模拟采用落雨法在圆筒容器中随机生成等质量的颗粒床，并在重力作用下进行堆积。同时，在颗粒床表面生成与圆筒内径相等的圆板，并以１０ｍｍ／ｓ的速度向下运动。根据不同尺寸颗粒床表面的凹凸程度，下降约１～３ｍｍ，最终使颗粒床表面平整，撤去平板直至颗粒系统稳定。此时，冲击物在距颗粒床表面２ｍｍ位置处生成并以１ｍ／ｓ的垂直速度自由下落，如图３所示。值得注意的是，整个数值模拟过程中冲击物的初始速度为１ｍ／ｓ，属于低速冲击过程。这主要是由于高速冲击载荷必然会对局部颗粒单元造成不可恢复的塑性形变，而本文主要讨论非凸形颗粒的几何形状对颗粒材料缓冲性能的影响。因此，本文不考虑高速冲击所引起的塑性变形对颗粒材料宏细观特性的影响。图３非球形颗粒床冲击过程的离散元模型Ｆｉｇ．３Ｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｇｒａｎｕｌａｒｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｂｕｆｆｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｔｕｄｙ首先，体积分数是反映颗粒材料堆积状态的重要物理参数。图４给出了不同长宽比的Ｅ形、Ｕ形和ｄｏｌｏｓ形颗粒的体积分数，并与球形和棒状颗粒的体积分数进行对比。从图４中可以看出，随着颗0.60.50.40.30.2体积分数U形E形dolos形棒状球形0.60.40.81.01.21.4颗粒长宽比图４不同形状颗粒的长宽比对体积分数的影响Ｆｉｇ．４Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｌｅｎｇｔｈ－ｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ粒长宽比的增加，Ｅ形、Ｕ形和ｄ
２颗粒材料冲击过程的数值模拟采用落雨法在圆筒容器中随机生成等质量的颗粒床，并在重力作用下进行堆积。同时，在颗粒床表面生成与圆筒内径相等的圆板，并以１０ｍｍ／ｓ的速度向下运动。根据不同尺寸颗粒床表面的凹凸程度，下降约１～３ｍｍ，最终使颗粒床表面平整，撤去平板直至颗粒系统稳定。此时，冲击物在距颗粒床表面２ｍｍ位置处生成并以１ｍ／ｓ的垂直速度自由下落，如图３所示。值得注意的是，整个数值模拟过程中冲击物的初始速度为１ｍ／ｓ，属于低速冲击过程。这主要是由于高速冲击载荷必然会对局部颗粒单元造成不可恢复的塑性形变，而本文主要讨论非凸形颗粒的几何形状对颗粒材料缓冲性能的影响。因此，本文不考虑高速冲击所引起的塑性变形对颗粒材料宏细观特性的影响。图３非球形颗粒床冲击过程的离散元模型Ｆｉｇ．３Ｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｇｒａｎｕｌａｒｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｂｕｆｆｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｔｕｄｙ首先，体积分数是反映颗粒材料堆积状态的重要物理参数。图４给出了不同长宽比的Ｅ形、Ｕ形和ｄｏｌｏｓ形颗粒的体积分数，并与球形和棒状颗粒的体积分数进行对比。从图４中可以看出，随着颗0.60.50.40.30.2体积分数U形E形dolos形棒状球形0.60.40.81.01.21.4颗粒长宽比图４不同形状颗粒的长宽比对体积分数的影响Ｆｉｇ．４Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｌｅｎｇｔｈ－ｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ粒长宽比的增加，Ｅ形、Ｕ形和ｄ
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑等效曲率的超二次曲面单元非线性接触模型[J]. 王嗣强,季顺迎. 力学学报. 2018(05)
[2]颗粒参数和填充率对颗粒阻尼器减振性能的影响分析[J]. 宋黎明,杨哲,董志明,李晓娇,吕捷. 矿山机械. 2018(05)
[3]基于超二次曲面的颗粒材料缓冲性能离散元分析[J]. 王嗣强,季顺迎. 物理学报. 2018(09)
[4]基于离散元方法的颗粒材料缓冲性能及影响因素分析[J]. 季顺迎,樊利芳,梁绍敏. 物理学报. 2016(10)
[5]基于扩展多面体的离散单元法及其作用于圆桩的冰载荷计算[J]. 刘璐,龙雪,季顺迎. 力学学报. 2015(06)
[6]椭球颗粒搅拌运动及混合特性的数值模拟研究[J]. 刘扬,韩燕龙,贾富国,姚丽娜,王会,史宇菲. 物理学报. 2015(11)
[7]基于超二次曲面的非球形离散单元模型研究[J]. 崔泽群,陈友川,赵永志,花争立,刘骁,周池楼. 计算力学学报. 2013(06)
[8]冲击荷载下颗粒物质缓冲性能的试验研究[J]. 季顺迎,李鹏飞,陈晓东. 物理学报. 2012(18)
本文编号：3530071
【文章来源】：太原理工大学学报. 2019,50(02)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图２不同长宽比的Ｅ形颗粒模型Ｆｉｇ．２Ｅ－ｓｈａｐｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｍｏｄｅｌｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｓ0.583∶10.667∶10.792∶11.000∶11.417∶1
２颗粒材料冲击过程的数值模拟采用落雨法在圆筒容器中随机生成等质量的颗粒床，并在重力作用下进行堆积。同时，在颗粒床表面生成与圆筒内径相等的圆板，并以１０ｍｍ／ｓ的速度向下运动。根据不同尺寸颗粒床表面的凹凸程度，下降约１～３ｍｍ，最终使颗粒床表面平整，撤去平板直至颗粒系统稳定。此时，冲击物在距颗粒床表面２ｍｍ位置处生成并以１ｍ／ｓ的垂直速度自由下落，如图３所示。值得注意的是，整个数值模拟过程中冲击物的初始速度为１ｍ／ｓ，属于低速冲击过程。这主要是由于高速冲击载荷必然会对局部颗粒单元造成不可恢复的塑性形变，而本文主要讨论非凸形颗粒的几何形状对颗粒材料缓冲性能的影响。因此，本文不考虑高速冲击所引起的塑性变形对颗粒材料宏细观特性的影响。图３非球形颗粒床冲击过程的离散元模型Ｆｉｇ．３Ｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｇｒａｎｕｌａｒｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｂｕｆｆｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｔｕｄｙ首先，体积分数是反映颗粒材料堆积状态的重要物理参数。图４给出了不同长宽比的Ｅ形、Ｕ形和ｄｏｌｏｓ形颗粒的体积分数，并与球形和棒状颗粒的体积分数进行对比。从图４中可以看出，随着颗0.60.50.40.30.2体积分数U形E形dolos形棒状球形0.60.40.81.01.21.4颗粒长宽比图４不同形状颗粒的长宽比对体积分数的影响Ｆｉｇ．４Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｌｅｎｇｔｈ－ｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ粒长宽比的增加，Ｅ形、Ｕ形和ｄ
２颗粒材料冲击过程的数值模拟采用落雨法在圆筒容器中随机生成等质量的颗粒床，并在重力作用下进行堆积。同时，在颗粒床表面生成与圆筒内径相等的圆板，并以１０ｍｍ／ｓ的速度向下运动。根据不同尺寸颗粒床表面的凹凸程度，下降约１～３ｍｍ，最终使颗粒床表面平整，撤去平板直至颗粒系统稳定。此时，冲击物在距颗粒床表面２ｍｍ位置处生成并以１ｍ／ｓ的垂直速度自由下落，如图３所示。值得注意的是，整个数值模拟过程中冲击物的初始速度为１ｍ／ｓ，属于低速冲击过程。这主要是由于高速冲击载荷必然会对局部颗粒单元造成不可恢复的塑性形变，而本文主要讨论非凸形颗粒的几何形状对颗粒材料缓冲性能的影响。因此，本文不考虑高速冲击所引起的塑性变形对颗粒材料宏细观特性的影响。图３非球形颗粒床冲击过程的离散元模型Ｆｉｇ．３Ｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｇｒａｎｕｌａｒｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｂｕｆｆｅｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｓｔｕｄｙ首先，体积分数是反映颗粒材料堆积状态的重要物理参数。图４给出了不同长宽比的Ｅ形、Ｕ形和ｄｏｌｏｓ形颗粒的体积分数，并与球形和棒状颗粒的体积分数进行对比。从图４中可以看出，随着颗0.60.50.40.30.2体积分数U形E形dolos形棒状球形0.60.40.81.01.21.4颗粒长宽比图４不同形状颗粒的长宽比对体积分数的影响Ｆｉｇ．４Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｌｅｎｇｔｈ－ｗｉｄｔｈｒａｔｉｏｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ粒长宽比的增加，Ｅ形、Ｕ形和ｄ
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑等效曲率的超二次曲面单元非线性接触模型[J]. 王嗣强,季顺迎. 力学学报. 2018(05)
[2]颗粒参数和填充率对颗粒阻尼器减振性能的影响分析[J]. 宋黎明,杨哲,董志明,李晓娇,吕捷. 矿山机械. 2018(05)
[3]基于超二次曲面的颗粒材料缓冲性能离散元分析[J]. 王嗣强,季顺迎. 物理学报. 2018(09)
[4]基于离散元方法的颗粒材料缓冲性能及影响因素分析[J]. 季顺迎,樊利芳,梁绍敏. 物理学报. 2016(10)
[5]基于扩展多面体的离散单元法及其作用于圆桩的冰载荷计算[J]. 刘璐,龙雪,季顺迎. 力学学报. 2015(06)
[6]椭球颗粒搅拌运动及混合特性的数值模拟研究[J]. 刘扬,韩燕龙,贾富国,姚丽娜,王会,史宇菲. 物理学报. 2015(11)
[7]基于超二次曲面的非球形离散单元模型研究[J]. 崔泽群,陈友川,赵永志,花争立,刘骁,周池楼. 计算力学学报. 2013(06)
[8]冲击荷载下颗粒物质缓冲性能的试验研究[J]. 季顺迎,李鹏飞,陈晓东. 物理学报. 2012(18)
本文编号：3530071
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