水平摆振下环形巴西果分离效应模拟研究
发布时间：2022-01-25 22:17
为了研究水平摆振下混合颗粒体系的分离行为及其机理,利用离散单元法进行数值模拟,对二元混合颗粒振动下的运动行为进行了研究,观察到圆筒形容器内一种新的分离现象,即"环形巴西果"分离。通过对比不同振动参数、不同区域内混合颗粒体系的运动特性,分析了颗粒的整体流态、能量、离心力作用以及颗粒间的力链结构强度,对混合颗粒的中心偏析、边界堆积以及整体分离行为,揭示了"环形巴西果"分离构型的内在机理。结果表明:频率为1Hz、振幅为160°时,混合颗粒出现"环形巴西果"分离现象;频率为3Hz、振幅为40°时,混合颗粒出现"巴西果"分离现象,且通过调整振幅和频率可以控制中心区域大颗粒偏析程度,实现"环形巴西果"分离构型与"巴西果"分离构型之间的转换。
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(02)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
钢制圆筒几何模型(单位：mm)Fig.1Geometricalmodelofsteelcylinder(unit：mm)
632应用力学学报第37卷导致容器内颗粒体系运动过于活跃进而产生飞溅，难以进行观测；振幅和频率变小时，振动加速度过小，颗粒体系无法获得足够能量，运动相对迟缓，难以分离。经反复模拟测试，综合考虑模拟速率及效果，初步设定频率和振幅分别为1Hz与160°，观察到混合颗粒体系出现“环形巴西果”分离现象，即圆环区域内大颗粒分布在上层、小颗粒分布在底层的“巴西果”分离构型，靠近圆心区域内全部为大颗粒，如图3(a)、图3(b)所示。图3(c)为圆筒容器中间厚度10mm的切片，从图中可以看到，混合颗粒体系的表面为中心凹陷的圆弧状。(a)等轴侧视图(isometricview)(b)底面视图(c)中心切片(bottomview)(centralslice)图3颗粒分离状态(f=1Hz,A=160°)Fig.3Separationstateofparticles(f=1Hz,A=160°)从整体分离过程看，颗粒体系的初始状态为均匀混合状态，如图4(a)所示；在水平摆振下容器底面颗粒分布状态如图4(b)~图4(d)所示。从图中可以清晰地看到“环形巴西果”分离现象的形成过程，7s时底部大颗粒变少，说明大颗粒开始向上层迁移，小颗粒逐渐占据底层位置，12s时中心处已经有大颗粒聚集，35s时基本达到稳定的“环形巴西果”分离状态。(a)2s(b)7s(c)12s(d)35s图4各时刻下颗粒分布图(f=1Hz,A=160°)Fig.4Distributionofparticlesateachtime(f=1Hz,A=160°)3.1“环形巴西果”效应机理分析为了深入探讨“环形巴西果”分离现象的形成过程，创建了两个网格来分区域讨论混合颗粒体系轴向分离和大颗粒中心偏析的机理，如图5(a)、图5(b)所示。网格1为外径190mm、内径40mm、高140mm的空心圆柱，网格2为位于容器中心的圆柱，直径30
632应用力学学报第37卷导致容器内颗粒体系运动过于活跃进而产生飞溅，难以进行观测；振幅和频率变小时，振动加速度过小，颗粒体系无法获得足够能量，运动相对迟缓，难以分离。经反复模拟测试，综合考虑模拟速率及效果，初步设定频率和振幅分别为1Hz与160°，观察到混合颗粒体系出现“环形巴西果”分离现象，即圆环区域内大颗粒分布在上层、小颗粒分布在底层的“巴西果”分离构型，靠近圆心区域内全部为大颗粒，如图3(a)、图3(b)所示。图3(c)为圆筒容器中间厚度10mm的切片，从图中可以看到，混合颗粒体系的表面为中心凹陷的圆弧状。(a)等轴侧视图(isometricview)(b)底面视图(c)中心切片(bottomview)(centralslice)图3颗粒分离状态(f=1Hz,A=160°)Fig.3Separationstateofparticles(f=1Hz,A=160°)从整体分离过程看，颗粒体系的初始状态为均匀混合状态，如图4(a)所示；在水平摆振下容器底面颗粒分布状态如图4(b)~图4(d)所示。从图中可以清晰地看到“环形巴西果”分离现象的形成过程，7s时底部大颗粒变少，说明大颗粒开始向上层迁移，小颗粒逐渐占据底层位置，12s时中心处已经有大颗粒聚集，35s时基本达到稳定的“环形巴西果”分离状态。(a)2s(b)7s(c)12s(d)35s图4各时刻下颗粒分布图(f=1Hz,A=160°)Fig.4Distributionofparticlesateachtime(f=1Hz,A=160°)3.1“环形巴西果”效应机理分析为了深入探讨“环形巴西果”分离现象的形成过程，创建了两个网格来分区域讨论混合颗粒体系轴向分离和大颗粒中心偏析的机理，如图5(a)、图5(b)所示。网格1为外径190mm、内径40mm、高140mm的空心圆柱，网格2为位于容器中心的圆柱，直径30
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃-橡胶混合颗粒体系的弹性行为研究[J]. 赵子渊,李昱君,王富帅,张祺,厚美瑛,李文辉,马钢. 物理学报. 2018(10)
[2]密集颗粒物质的介观结构[J]. 孙其诚,刘晓星,张国华,刘传奇,金峰. 力学进展. 2017(00)
[3]玻璃-橡胶混合颗粒的力学响应研究[J]. 陈琼,王青花,赵闯,张祺,厚美瑛. 物理学报. 2015(15)
[4]基于DIC的颗粒间接触力计算及力链分析[J]. 陈凡秀,张慧新,庄琦. 应用力学学报. 2015(02)
[5]颗粒分层过程三维离散元法模拟研究[J]. 赵啦啦,刘初升,闫俊霞,徐志鹏. 物理学报. 2010(03)
[6]水平滚筒内二元颗粒体系径向分离模式的数值模拟研究[J]. 赵永志,程易. 物理学报. 2008(01)
[7]颗粒物质中滑动摩擦力的变化规律[J]. 肖文波,胡林,武玉琴. 应用力学学报. 2005(04)
[8]颗粒物质(上)[J]. 陆坤权,刘寄星. 物理. 2004(09)
本文编号：3609294
【文章来源】：应用力学学报. 2020,37(02)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
钢制圆筒几何模型(单位：mm)Fig.1Geometricalmodelofsteelcylinder(unit：mm)
632应用力学学报第37卷导致容器内颗粒体系运动过于活跃进而产生飞溅，难以进行观测；振幅和频率变小时，振动加速度过小，颗粒体系无法获得足够能量，运动相对迟缓，难以分离。经反复模拟测试，综合考虑模拟速率及效果，初步设定频率和振幅分别为1Hz与160°，观察到混合颗粒体系出现“环形巴西果”分离现象，即圆环区域内大颗粒分布在上层、小颗粒分布在底层的“巴西果”分离构型，靠近圆心区域内全部为大颗粒，如图3(a)、图3(b)所示。图3(c)为圆筒容器中间厚度10mm的切片，从图中可以看到，混合颗粒体系的表面为中心凹陷的圆弧状。(a)等轴侧视图(isometricview)(b)底面视图(c)中心切片(bottomview)(centralslice)图3颗粒分离状态(f=1Hz,A=160°)Fig.3Separationstateofparticles(f=1Hz,A=160°)从整体分离过程看，颗粒体系的初始状态为均匀混合状态，如图4(a)所示；在水平摆振下容器底面颗粒分布状态如图4(b)~图4(d)所示。从图中可以清晰地看到“环形巴西果”分离现象的形成过程，7s时底部大颗粒变少，说明大颗粒开始向上层迁移，小颗粒逐渐占据底层位置，12s时中心处已经有大颗粒聚集，35s时基本达到稳定的“环形巴西果”分离状态。(a)2s(b)7s(c)12s(d)35s图4各时刻下颗粒分布图(f=1Hz,A=160°)Fig.4Distributionofparticlesateachtime(f=1Hz,A=160°)3.1“环形巴西果”效应机理分析为了深入探讨“环形巴西果”分离现象的形成过程，创建了两个网格来分区域讨论混合颗粒体系轴向分离和大颗粒中心偏析的机理，如图5(a)、图5(b)所示。网格1为外径190mm、内径40mm、高140mm的空心圆柱，网格2为位于容器中心的圆柱，直径30
632应用力学学报第37卷导致容器内颗粒体系运动过于活跃进而产生飞溅，难以进行观测；振幅和频率变小时，振动加速度过小，颗粒体系无法获得足够能量，运动相对迟缓，难以分离。经反复模拟测试，综合考虑模拟速率及效果，初步设定频率和振幅分别为1Hz与160°，观察到混合颗粒体系出现“环形巴西果”分离现象，即圆环区域内大颗粒分布在上层、小颗粒分布在底层的“巴西果”分离构型，靠近圆心区域内全部为大颗粒，如图3(a)、图3(b)所示。图3(c)为圆筒容器中间厚度10mm的切片，从图中可以看到，混合颗粒体系的表面为中心凹陷的圆弧状。(a)等轴侧视图(isometricview)(b)底面视图(c)中心切片(bottomview)(centralslice)图3颗粒分离状态(f=1Hz,A=160°)Fig.3Separationstateofparticles(f=1Hz,A=160°)从整体分离过程看，颗粒体系的初始状态为均匀混合状态，如图4(a)所示；在水平摆振下容器底面颗粒分布状态如图4(b)~图4(d)所示。从图中可以清晰地看到“环形巴西果”分离现象的形成过程，7s时底部大颗粒变少，说明大颗粒开始向上层迁移，小颗粒逐渐占据底层位置，12s时中心处已经有大颗粒聚集，35s时基本达到稳定的“环形巴西果”分离状态。(a)2s(b)7s(c)12s(d)35s图4各时刻下颗粒分布图(f=1Hz,A=160°)Fig.4Distributionofparticlesateachtime(f=1Hz,A=160°)3.1“环形巴西果”效应机理分析为了深入探讨“环形巴西果”分离现象的形成过程，创建了两个网格来分区域讨论混合颗粒体系轴向分离和大颗粒中心偏析的机理，如图5(a)、图5(b)所示。网格1为外径190mm、内径40mm、高140mm的空心圆柱，网格2为位于容器中心的圆柱，直径30
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃-橡胶混合颗粒体系的弹性行为研究[J]. 赵子渊,李昱君,王富帅,张祺,厚美瑛,李文辉,马钢. 物理学报. 2018(10)
[2]密集颗粒物质的介观结构[J]. 孙其诚,刘晓星,张国华,刘传奇,金峰. 力学进展. 2017(00)
[3]玻璃-橡胶混合颗粒的力学响应研究[J]. 陈琼,王青花,赵闯,张祺,厚美瑛. 物理学报. 2015(15)
[4]基于DIC的颗粒间接触力计算及力链分析[J]. 陈凡秀,张慧新,庄琦. 应用力学学报. 2015(02)
[5]颗粒分层过程三维离散元法模拟研究[J]. 赵啦啦,刘初升,闫俊霞,徐志鹏. 物理学报. 2010(03)
[6]水平滚筒内二元颗粒体系径向分离模式的数值模拟研究[J]. 赵永志,程易. 物理学报. 2008(01)
[7]颗粒物质中滑动摩擦力的变化规律[J]. 肖文波,胡林,武玉琴. 应用力学学报. 2005(04)
[8]颗粒物质(上)[J]. 陆坤权,刘寄星. 物理. 2004(09)
本文编号：3609294
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/lxlw/3609294.html
