玉米秸秆散粒体颗粒Burgers接触模型参数的确定方法
发布时间：2021-09-22 03:20
为建立玉米秸秆散粒体成型离散元模型,以不同压缩参数进行成型试验,利用离散元仿真软件基于内置Burgers模型对压缩过程建立仿真模型,并利用控制变量法针对模型参数设计了5组对照试验,分析颗粒模型微观参数对模型宏观力学行为影响规律。仿真试验结果表明:Maxwell体弹性系数增大时,加载至目标载荷所需位移增加,仿真结束时残余应力增加;Maxwell体黏性系数增大时,加载结束后残余应力增加。Kelvin体弹性系数增大时加载至目标载荷所需的位移减小,仿真结束时残余应力减少。Kelvin体黏性系数增大时加载结束时应力突降值增大,但仿真结束时残余应力减小。摩擦系数主要影响加载至目标载荷所需位移,摩擦系数越大,加载至目标载荷位移越小。依此规律,通过调试微观参数,确定适用于描述样品玉米秸秆散粒体物料的仿真模型参数:Maxwell体弹性系数Em为1.75×105N·m-1,黏性系数ηm为2.6×107N·s·m-1;Kelvin体弹性系数Ek为1.8×104N·m-1,黏性系数ηk为0.7×104N·s·m-1,摩擦系数f为0.5。该参数下仿真模型压缩过程力学曲线与实验室物料压缩试验所得力学曲线吻合;物料...
【文章来源】：沈阳农业大学学报. 2019,50(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
生物质致密成型装置图
--阳农业大学学报第50卷沈1.压缩活塞；2.成型腔；3.底端支撑1.Loadingpiston;2.Densificationcavity;3.Pedestal图1生物质致密成型装置图Figure1Biomassdensificationdevice应力Stress/MPa时间Time/s图2预压载荷对加载过程载荷变化影响图Figure2Stresswithtimeforimpactofpreloadingstress1.运算区域；2.上加载平面几何边界；3.圆柱几何边界；4.底端平面几何边界1.Domainarea;2.Topplaneboarder;3.Cylinderboarder;4.Bottomplaneboarder图3秸秆散粒体仿真模型图Figure3SimulatedDEMmodelofcornstalkpellets图4Burgers流变模型图Figure4Burgersrheologicalmodel被压缩至58.27mm，孔隙率由初始的84.88%减小为60.89%。再参考装置尺寸及物料压缩后尺寸，建立直径为50mm、高为100mm圆柱几何边界，圆柱几何边界轴向与重力方向平行。以圆柱底面为基准，法向与圆柱轴向平行建立相互平行，距离为65mm的底端平面几何边界和上加载平面几何边界。在几何边界封闭区域内生成颗粒，颗粒半径为2.0~2.6mm均匀分布，其它颗粒属性按前文所述测量值设置。最后使建立好的仿真模型运行一定时间，直到系统中颗粒状态如图3，此时颗粒最大速度稳定在为0.11mm·s-1，默认该状态下颗粒间重叠量完全释放。通过将所有颗粒速度设置为0mm·s-1并保存，然后将该状态作为后续数值模拟的初始状态。2.2Burgers流变模型Burgers流变学模型是用于描述颗粒间接触力的变化规律的一种常见模型[18]，其力学本构模型如图4。可以看出Burgers模型是由Maxwell单元体及Kelvin单元体串联而成。在离散单元法中，将颗粒间接触力分解为法向及切向，分别用一个Burgers流变模型表示，并且在切向Burgers模型上串联摩擦块元件以限制颗粒切向受力上限。颗粒间接触力学关系如下[19]
--阳农业大学学报第50卷沈1.压缩活塞；2.成型腔；3.底端支撑1.Loadingpiston;2.Densificationcavity;3.Pedestal图1生物质致密成型装置图Figure1Biomassdensificationdevice应力Stress/MPa时间Time/s图2预压载荷对加载过程载荷变化影响图Figure2Stresswithtimeforimpactofpreloadingstress1.运算区域；2.上加载平面几何边界；3.圆柱几何边界；4.底端平面几何边界1.Domainarea;2.Topplaneboarder;3.Cylinderboarder;4.Bottomplaneboarder图3秸秆散粒体仿真模型图Figure3SimulatedDEMmodelofcornstalkpellets图4Burgers流变模型图Figure4Burgersrheologicalmodel被压缩至58.27mm，孔隙率由初始的84.88%减小为60.89%。再参考装置尺寸及物料压缩后尺寸，建立直径为50mm、高为100mm圆柱几何边界，圆柱几何边界轴向与重力方向平行。以圆柱底面为基准，法向与圆柱轴向平行建立相互平行，距离为65mm的底端平面几何边界和上加载平面几何边界。在几何边界封闭区域内生成颗粒，颗粒半径为2.0~2.6mm均匀分布，其它颗粒属性按前文所述测量值设置。最后使建立好的仿真模型运行一定时间，直到系统中颗粒状态如图3，此时颗粒最大速度稳定在为0.11mm·s-1，默认该状态下颗粒间重叠量完全释放。通过将所有颗粒速度设置为0mm·s-1并保存，然后将该状态作为后续数值模拟的初始状态。2.2Burgers流变模型Burgers流变学模型是用于描述颗粒间接触力的变化规律的一种常见模型[18]，其力学本构模型如图4。可以看出Burgers模型是由Maxwell单元体及Kelvin单元体串联而成。在离散单元法中，将颗粒间接触力分解为法向及切向，分别用一个Burgers流变模型表示，并且在切向Burgers模型上串联摩擦块元件以限制颗粒切向受力上限。颗粒间接触力学关系如下[19]
【参考文献】：
期刊论文
[1]机施有机肥散体颗粒离散元模型参数标定[J]. 袁全春,徐丽明,邢洁洁,段壮壮,马帅,于畅畅,陈晨. 农业工程学报. 2018(18)
[2]玉米秸秆接触物理参数测定与离散元仿真标定[J]. 张涛,刘飞,赵满全,麻乾,王伟,樊琦,闫鹏. 中国农业大学学报. 2018(04)
[3]基于离散元法的螺旋进料器物料流动特性分析[J]. 薛志平,白雪卫,张博,刘庆玉,高堃峰. 沈阳农业大学学报. 2017(01)
[4]玉米秸秆粉料单模孔致密成型过程离散元模拟[J]. 李永奎,孙月铢,白雪卫. 农业工程学报. 2015(20)
[5]棉籽颗粒在三自由度混联振动筛面上的运动规律[J]. 王成军,刘琼,马履中,李龙. 农业工程学报. 2015(06)
[6]伯格斯模型参数调试与岩石蠕变特性颗粒流分析[J]. 杨振伟,金爱兵,周喻,严琼,王凯,高玉娟. 岩土力学. 2015(01)
[7]生物质颗粒燃料成型的黏弹性本构模型[J]. 霍丽丽,赵立欣,田宜水,姚宗路,孟海波. 农业工程学报. 2013(09)
[8]碎玉米秸秆卷压过程的流变行为试验[J]. 李汝莘,耿爱军,赵何,包伟,范修文. 农业工程学报. 2012(18)
[9]玉米秸秆成型燃料生命周期评价[J]. 朱金陵,王志伟,师新广,杨树华,何晓峰,雷廷宙. 农业工程学报. 2010(06)
本文编号：3403033
【文章来源】：沈阳农业大学学报. 2019,50(03)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
生物质致密成型装置图
--阳农业大学学报第50卷沈1.压缩活塞；2.成型腔；3.底端支撑1.Loadingpiston;2.Densificationcavity;3.Pedestal图1生物质致密成型装置图Figure1Biomassdensificationdevice应力Stress/MPa时间Time/s图2预压载荷对加载过程载荷变化影响图Figure2Stresswithtimeforimpactofpreloadingstress1.运算区域；2.上加载平面几何边界；3.圆柱几何边界；4.底端平面几何边界1.Domainarea;2.Topplaneboarder;3.Cylinderboarder;4.Bottomplaneboarder图3秸秆散粒体仿真模型图Figure3SimulatedDEMmodelofcornstalkpellets图4Burgers流变模型图Figure4Burgersrheologicalmodel被压缩至58.27mm，孔隙率由初始的84.88%减小为60.89%。再参考装置尺寸及物料压缩后尺寸，建立直径为50mm、高为100mm圆柱几何边界，圆柱几何边界轴向与重力方向平行。以圆柱底面为基准，法向与圆柱轴向平行建立相互平行，距离为65mm的底端平面几何边界和上加载平面几何边界。在几何边界封闭区域内生成颗粒，颗粒半径为2.0~2.6mm均匀分布，其它颗粒属性按前文所述测量值设置。最后使建立好的仿真模型运行一定时间，直到系统中颗粒状态如图3，此时颗粒最大速度稳定在为0.11mm·s-1，默认该状态下颗粒间重叠量完全释放。通过将所有颗粒速度设置为0mm·s-1并保存，然后将该状态作为后续数值模拟的初始状态。2.2Burgers流变模型Burgers流变学模型是用于描述颗粒间接触力的变化规律的一种常见模型[18]，其力学本构模型如图4。可以看出Burgers模型是由Maxwell单元体及Kelvin单元体串联而成。在离散单元法中，将颗粒间接触力分解为法向及切向，分别用一个Burgers流变模型表示，并且在切向Burgers模型上串联摩擦块元件以限制颗粒切向受力上限。颗粒间接触力学关系如下[19]
--阳农业大学学报第50卷沈1.压缩活塞；2.成型腔；3.底端支撑1.Loadingpiston;2.Densificationcavity;3.Pedestal图1生物质致密成型装置图Figure1Biomassdensificationdevice应力Stress/MPa时间Time/s图2预压载荷对加载过程载荷变化影响图Figure2Stresswithtimeforimpactofpreloadingstress1.运算区域；2.上加载平面几何边界；3.圆柱几何边界；4.底端平面几何边界1.Domainarea;2.Topplaneboarder;3.Cylinderboarder;4.Bottomplaneboarder图3秸秆散粒体仿真模型图Figure3SimulatedDEMmodelofcornstalkpellets图4Burgers流变模型图Figure4Burgersrheologicalmodel被压缩至58.27mm，孔隙率由初始的84.88%减小为60.89%。再参考装置尺寸及物料压缩后尺寸，建立直径为50mm、高为100mm圆柱几何边界，圆柱几何边界轴向与重力方向平行。以圆柱底面为基准，法向与圆柱轴向平行建立相互平行，距离为65mm的底端平面几何边界和上加载平面几何边界。在几何边界封闭区域内生成颗粒，颗粒半径为2.0~2.6mm均匀分布，其它颗粒属性按前文所述测量值设置。最后使建立好的仿真模型运行一定时间，直到系统中颗粒状态如图3，此时颗粒最大速度稳定在为0.11mm·s-1，默认该状态下颗粒间重叠量完全释放。通过将所有颗粒速度设置为0mm·s-1并保存，然后将该状态作为后续数值模拟的初始状态。2.2Burgers流变模型Burgers流变学模型是用于描述颗粒间接触力的变化规律的一种常见模型[18]，其力学本构模型如图4。可以看出Burgers模型是由Maxwell单元体及Kelvin单元体串联而成。在离散单元法中，将颗粒间接触力分解为法向及切向，分别用一个Burgers流变模型表示，并且在切向Burgers模型上串联摩擦块元件以限制颗粒切向受力上限。颗粒间接触力学关系如下[19]
【参考文献】：
期刊论文
[1]机施有机肥散体颗粒离散元模型参数标定[J]. 袁全春,徐丽明,邢洁洁,段壮壮,马帅,于畅畅,陈晨. 农业工程学报. 2018(18)
[2]玉米秸秆接触物理参数测定与离散元仿真标定[J]. 张涛,刘飞,赵满全,麻乾,王伟,樊琦,闫鹏. 中国农业大学学报. 2018(04)
[3]基于离散元法的螺旋进料器物料流动特性分析[J]. 薛志平,白雪卫,张博,刘庆玉,高堃峰. 沈阳农业大学学报. 2017(01)
[4]玉米秸秆粉料单模孔致密成型过程离散元模拟[J]. 李永奎,孙月铢,白雪卫. 农业工程学报. 2015(20)
[5]棉籽颗粒在三自由度混联振动筛面上的运动规律[J]. 王成军,刘琼,马履中,李龙. 农业工程学报. 2015(06)
[6]伯格斯模型参数调试与岩石蠕变特性颗粒流分析[J]. 杨振伟,金爱兵,周喻,严琼,王凯,高玉娟. 岩土力学. 2015(01)
[7]生物质颗粒燃料成型的黏弹性本构模型[J]. 霍丽丽,赵立欣,田宜水,姚宗路,孟海波. 农业工程学报. 2013(09)
[8]碎玉米秸秆卷压过程的流变行为试验[J]. 李汝莘,耿爱军,赵何,包伟,范修文. 农业工程学报. 2012(18)
[9]玉米秸秆成型燃料生命周期评价[J]. 朱金陵,王志伟,师新广,杨树华,何晓峰,雷廷宙. 农业工程学报. 2010(06)
本文编号：3403033
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