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含水沙土颗粒离散元接触模型参数标定及试验 被引量:2
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作者 韩佃雷 胡锦瑞 +5 位作者 刘海瑞 任立志 周脉乐 杨启志 李博 陈学庚 《农业工程学报》 北大核心 2025年第8期70-78,共9页
含水沙土仿真参数标定研究的缺乏,严重制约着触土部件的理论研究。为获取不同含水率沙土的离散元仿真参数,该研究通过探究含水率对沙土颗粒间接触力学的影响,对不同含水率的沙土进行相关参数标定。以江边沙土为研究对象,借助EDEM软件中H... 含水沙土仿真参数标定研究的缺乏,严重制约着触土部件的理论研究。为获取不同含水率沙土的离散元仿真参数,该研究通过探究含水率对沙土颗粒间接触力学的影响,对不同含水率的沙土进行相关参数标定。以江边沙土为研究对象,借助EDEM软件中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion(JKR)接触模型对4种不同含水率的沙土进行仿真参数标定,以沙土颗粒间的静摩擦因数、恢复系数、动摩擦因数及表面能为标定对象,并以沙土颗粒的仿真堆积角为响应值,基于Box-Behnken的响应面优化方法得到堆积角回归模型,发现JKR表面能对沙土堆积角有显著影响,恢复系数对含水率较高的沙土(15%和20%)的堆积角有显著影响(P<0.05),静摩擦因数和动摩擦因数对含水沙土的堆积角影响不显著(P>0.05)。通过Design-expert软件的响应面优化设计,得到仿真参数的较优值,其堆积角仿真结果与物理试验对比后误差均小于5%。为了进一步验证模型的可靠性,对承压物理试验和仿真试验侵入阻力数据进行分析,结果显示试验与仿真的阻力变化趋势基本一致,触土深度在40 mm范围内时误差小于10%;触土深度大于40 mm时,误差较大,表明触土深度较浅时该模型能够近似的代替真实沙土进行仿真模拟。可利用标定后的参数进行含水沙土与触土部件间的离散元仿真,同时也为含水土壤虚拟仿真、农业装备与土壤互作关系、触土部件性能改进优化等研究提供参数选择依据。 展开更多
关键词 含水沙土 离散元法 JKR模型 堆积角 参数标定
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基于micro-CT实验的颗粒体系接触力计算及演化分析 被引量:1
2
作者 王潇 宋世琦 +3 位作者 平子健 盛思源 商宪义 陈凡秀 《物理学报》 北大核心 2025年第1期207-217,共11页
三维颗粒体系颗粒间接触力计算是散体力学研究的重难点.以双弹性橡胶球为研究对象,开展显微CT(micro-CT)原位平压实验,基于Hertz接触理论和Tatara大变形接触理论,验证了弹性球接触模型,获得了基于实验的弹性球接触力理论公式.以三维颗... 三维颗粒体系颗粒间接触力计算是散体力学研究的重难点.以双弹性橡胶球为研究对象,开展显微CT(micro-CT)原位平压实验,基于Hertz接触理论和Tatara大变形接触理论,验证了弹性球接触模型,获得了基于实验的弹性球接触力理论公式.以三维颗粒体系为研究对象,开展了micro-CT原位探针加载实验,获取颗粒二维图像序列,经过系列数字变换得到数字体图像,获得了不同加载状态下三维颗粒体系接触力网络,分析了颗粒体系接触力分布及演化规律,探究了强接触数量及分布演化与颗粒体系稳定性的联系.研究结果表明:基于实验的弹性球接触力公式能合理有效表征两颗粒间的接触力;探针加载下颗粒间接触力呈现以探针压头接触点为起点,向下方和四周逐级传递接触力的网状分布;强接触数量占接触总数量的45%-50%,分布贯穿于整个颗粒体系内部,支撑起颗粒体系网络结构,较大值集中于压头下方呈现树杈状分布;加载过程中,z=14 mm处建立了平衡点,平衡点处,强接触数量达到顶峰,强接触力网络结构布满整个三维颗粒体系,建立起承受外载荷的主要骨架,随着加载继续,强接触力的整体数值更高,在颗粒体系内部分布也更加均匀. 展开更多
关键词 显微CT 原位加载 颗粒接触模型 接触力
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水平振动下近壁颗粒动力学特性研究
3
作者 曾霖 赵云华 《高技术通讯》 北大核心 2025年第6期662-674,共13页
颗粒与壁面的相互作用对颗粒流的运动有着重要影响,掌握近壁颗粒的运动规律是建立颗粒动力学壁面边界模型的基础。本文对水平简谐振动随机粗糙壁面上的球形颗粒运动进行实验测量,通过二维图像信息获取颗粒二维平动速度和三维旋转速度,... 颗粒与壁面的相互作用对颗粒流的运动有着重要影响,掌握近壁颗粒的运动规律是建立颗粒动力学壁面边界模型的基础。本文对水平简谐振动随机粗糙壁面上的球形颗粒运动进行实验测量,通过二维图像信息获取颗粒二维平动速度和三维旋转速度,并统计分析不同壁面振动频率、颗粒直径、单层颗粒浓度下的颗粒运动特性。结果表明,颗粒沿驱动方向的速度分布呈双峰或多峰高斯分布,而其他方向的速度分布呈单峰高斯分布;颗粒平动能量与旋转能量分配与均分定理相悖,具有较强的各向异性。结合以往理论,本文提出了带修正系数的能量分布关系式。 展开更多
关键词 颗粒-壁面相互作用 水平振动 颗粒旋转速度 速度分布函数 动能各向异性
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多饱和态下的湿颗粒柱坍塌特性
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作者 吴自雨 迟志鹏 +1 位作者 李然 杨晖 《中国粉体技术》 2025年第4期120-130,共11页
【目的】探究降水量、土壤性质等因素对于山体坍塌的影响,预防山体滑坡等自然灾害。【方法】构建含水颗粒柱坍塌模型,通过改变颗粒柱的含水量(质量分数),观察不同含水量对不同粒径颗粒柱坍塌模式及行为的影响;提出基于质心矢量位移法的... 【目的】探究降水量、土壤性质等因素对于山体坍塌的影响,预防山体滑坡等自然灾害。【方法】构建含水颗粒柱坍塌模型,通过改变颗粒柱的含水量(质量分数),观察不同含水量对不同粒径颗粒柱坍塌模式及行为的影响;提出基于质心矢量位移法的方法,通过轮廓数字化提取技术,测定不同粒径、初始高宽比的颗粒柱在多种含水量条件下坍塌前后的质心矢量位移变化量,量化不同含水量下的液体对颗粒柱坍塌模式和沉积形态的影响。【结果】含水量(质量分数,下同)对颗粒柱坍塌行为的调控遵循抑制-平衡-促进的非单调规律,当含水量达到6%时,颗粒间的内聚力达到最大;利用质心矢量位移法发现,含水量的变化显著影响颗粒柱的重力势能转化率以及干湿颗粒柱质心位移模之比,含水量对这些参数的影响与颗粒柱的初始高宽比和粒径呈负相关关系。【结论】含水量是影响颗粒柱坍塌模式的关键因素之一,湿颗粒柱的坍塌模式和坍塌行为受液体含量变化的影响。 展开更多
关键词 湿颗粒 尺度关系 质心位移 重力势能
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Transient analysis of functionally graded curved shells using a nonuniform shape parameter integrated radial basis function approach
5
作者 Vay Siu Lo Andrzej Katunin Thien Tich Truong 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 2025年第3期296-308,共13页
In this study,an improved integrated radial basis function with nonuniform shape parameter is introduced.The proposed shape parameter varies in each support domain and is defined byθ=1/d_(max),where d_(max)is the max... In this study,an improved integrated radial basis function with nonuniform shape parameter is introduced.The proposed shape parameter varies in each support domain and is defined byθ=1/d_(max),where d_(max)is the maximum distance of any pair of nodes in the support domain.The proposed method is verified and shows good performance.The results are stable and accurate with any number of nodes and an arbitrary nodal distribution.Notably,the support domain should be large enough to obtain accurate results.This method is then applied for transient analysis of curved shell structures made from functionally graded materials with complex geometries.Through several numerical examples,the accuracy of the proposed approach is demonstrated and discussed.Additionally,the influence of various factors on the dynamic behavior of the structures,including the power-law index,different materials,loading conditions,and geometrical parameters of the structures,was investigated. 展开更多
关键词 Integrated radial basis function Shape parameter Functionally graded material Curved shell Transient analysis
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Experimental study of Young’s modulus and internal friction of low-melting-point gallium using modified piezoelectric ultrasonic composite oscillator technique
6
作者 Chuanyang Jiang Wenshuo Bai +5 位作者 Mingyu Xie Xiangpeng Li Jiao Yu Hao Huang Lu Cao Faxin Li 《Theoretical & Applied Mechanics Letters》 2025年第2期163-167,共5页
As an emerging multifunctional metal with the lowest melting point except for mercury,gallium combines a wide range of metallic and non-metallic elements to form advanced semiconductors critically important in cutting... As an emerging multifunctional metal with the lowest melting point except for mercury,gallium combines a wide range of metallic and non-metallic elements to form advanced semiconductors critically important in cutting-edge technologies.However,due to its low melting point and poor machinability,it is quite difficult to simultaneously characterize gallium’s elastic properties and damping characteristics using conventional methods,which is es-sential in designing and evaluating gallium-based structures.Therefore,developing effective methods to achieve accurate and efficient measurements of Young’s modulus and corresponding internal friction of gallium is of great significance.This letter studies simultaneous measurements of the variations in Young’s modulus and internal friction of gallium at varying temperatures by employing the modified piezoelectric ultrasonic composite oscil-lator technique.Combining the explicit theoretical formulas with the measured resonance and anti-resonance frequencies,it has been discovered that Young’s modulus undergoes an approximately linear decrease as the temperature rises,declining from 83.84 GPa at -70℃ to 79.37 GPa at 20℃.Moreover,like aluminum in the same Group ⅢA of the Periodic Table of Elements and exhibits a grain-boundary internal friction peak,gallium displays a longitudinal internal friction peak at approximately-12°C,with the peak value reaching 1.77×10^(-3).This basic research on gallium’s elastic properties and damping characteristics under low-temperature condi-tions will inspire further explorations of the mechanical properties of a diverse spectrum of low-melting-point functional materials and facilitate applications of gallium-based structures under complex conditions. 展开更多
关键词 GALLIUM Piezoelectric transducer Electromechanical impedance Young’s modulus Internal friction
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颗粒缩放理论标定未筛选烟煤离散元仿真参数 被引量:1
7
作者 梅潇 吴苇荣 刘祥伟 《中国粉体技术》 CAS CSCD 2024年第2期67-81,共15页
【目的】为了给未筛选烟煤的仿真研究提供参数依据,分析未筛选烟煤的离散元仿真参数,保证仿真与实际颗粒的几何、材料及运动学相似,实现未筛选烟煤的可靠仿真研究。【方法】采用实验和仿真相结合的方法,测得未筛选烟煤的粒径分布、密度... 【目的】为了给未筛选烟煤的仿真研究提供参数依据,分析未筛选烟煤的离散元仿真参数,保证仿真与实际颗粒的几何、材料及运动学相似,实现未筛选烟煤的可靠仿真研究。【方法】采用实验和仿真相结合的方法,测得未筛选烟煤的粒径分布、密度、静摩擦因数、堆积密度、休止角等基本参数;基于颗粒缩放理论,建立不同粒径范围内典型颗粒的放大模型,通过Plackett-Burman、最陡爬坡、 Box-Behnken试验对未筛选烟煤的泊松比、切变模量、滚动摩擦因数、恢复系数、 Johnson-Kendall-Roberts(JKR)表面能等仿真参数进行标定。【结果】以实验和仿真休止角相对误差最小为优化目标,得到最优参数组合下的未筛选烟煤的仿真休止角为37.59°,与休止角实验值37.81°的误差为0.58%;仿真堆积密度为717 kg/m^(3),与堆积密度实验值722 kg/m^(3)的误差为0.69%。【结论】煤-煤恢复系数与休止角呈负相关,煤-煤和煤-钢滚动摩擦因数与休止角呈正相关,溅射现象会阻碍颗粒堆积。 展开更多
关键词 烟煤 离散元 休止角 颗粒缩放理论 参数标定
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基于离散元方法的颗粒系统休止角数值模拟研究 被引量:1
8
作者 阎顺 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期416-426,共11页
颗粒系统堆积的休止角是颗粒学中一个基础性的科学问题,深入认识其影响因素和变化规律对于土木、化工等工程优化具有重要意义.目前基于实验测量的研究受限于可用的颗粒种类和测量手段,难以完备地揭示各种物理参数对休止角的影响规律.离... 颗粒系统堆积的休止角是颗粒学中一个基础性的科学问题,深入认识其影响因素和变化规律对于土木、化工等工程优化具有重要意义.目前基于实验测量的研究受限于可用的颗粒种类和测量手段,难以完备地揭示各种物理参数对休止角的影响规律.离散元(Discrete element method,DEM)是一种可直接对复杂的大型颗粒系统的运动进行仿真的数值方法.本文借助DEM方法对颗粒系统的休止角问题开展了高精度数值研究,揭示了影响颗粒堆积休止角的重要颗粒物性参数.在DEM建模方面,为了表征非球形度对仿真的影响,本研究采用了滚动摩擦系数,并利用既有的实验数据进行了模型验证.同时,本文利用堆积体在垂直平面内投影的二值化图像来合理计算休止角.仿真结果表明,滑动和滚动摩擦系数均与休止角的大小呈正相关,滑动摩擦系数的增加可将休止角提升一倍,而滚动摩擦系数对休止角的影响存在一个上限阈值,达到该阈值后将不能继续增加休止角的大小;颗粒的杨氏模量、回弹系数对休止角的影响不显著.此外,本文利用DEM方法研究了堆积体的传热特性,发现在加热过程中,堆积体内部具有最高热流率的区域从堆积体的底部迁移到上部. 展开更多
关键词 离散元方法 休止角 控制变量法 颗粒堆积体
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砖石古塔模型振动台试验的离散元模拟分析 被引量:3
9
作者 卢俊龙 李明东 +2 位作者 田鹏刚 王振山 贠作义 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期365-372,共8页
砖石古塔块体间黏结强度较低,受地震作用易产生裂缝后发生破坏,为研究砖石古塔在地震作用下开裂及裂缝发展机制,以玄奘塔1/8缩尺模型结构为对象,建立离散元模型,计算了地震波激励下结构的加速度及位移反应,与振动台试验结果进行对比,分... 砖石古塔块体间黏结强度较低,受地震作用易产生裂缝后发生破坏,为研究砖石古塔在地震作用下开裂及裂缝发展机制,以玄奘塔1/8缩尺模型结构为对象,建立离散元模型,计算了地震波激励下结构的加速度及位移反应,与振动台试验结果进行对比,分析了塔体开裂破坏全过程。结果表明,数值计算所得结构的加速度及位移反应与振动台试验结果一致,当地震烈度较低时,两者顶层位移变化曲线基本一致;烈度提高后,塔体开裂导致结构动力响应的计算值与试验结果出现差异,但两者的变化规律相同。在地震波激励下,塔体首层先开裂,随地震烈度的提高延伸至中部塔层,块体第2层出现阶梯状错动,模型损伤过程与试验裂缝发展状况基本吻合。研究结果为砖石古塔地震损伤及破坏过程分析提供了参考。 展开更多
关键词 砖石古塔 离散单元法 振动台试验 损伤分析
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冰块尺寸对碎冰区船舶结构冰阻力影响的离散元分析
10
作者 张鑫奥 俞赟 +2 位作者 杨冬宝 刘璐 季顺迎 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期915-920,共6页
船舶在碎冰区航行时的冰阻力会影响船舶的安全性和航行性能。本文以雪龙号破冰船为研究对象,采用三维离散元方法对碎冰环境下船体结构冰阻力进行数值模拟。基于随机生成算法对不规则形状的碎冰区进行参数化建模以形成复杂的碎冰初始场,... 船舶在碎冰区航行时的冰阻力会影响船舶的安全性和航行性能。本文以雪龙号破冰船为研究对象,采用三维离散元方法对碎冰环境下船体结构冰阻力进行数值模拟。基于随机生成算法对不规则形状的碎冰区进行参数化建模以形成复杂的碎冰初始场,同时考虑海水对船体结构的作用力建立船体碎冰阻力的计算模型,并将离散元计算结果与碎冰区DuBrovin冰阻力计算公式进行对比。在此基础上将冰块尺寸进行无量纲化,研究不同冰厚和航速下冰块尺寸对碎冰阻力的影响规律。以平整冰区船体冰阻力的Lindqvist公式为参照,得到碎冰向平整冰转化的临界尺寸。该浮冰临界尺寸可作为识别碎冰区与平整冰的判据。本文研究工作可为船舶在极地冰区的安全航行提供一定的参考。 展开更多
关键词 破冰船 离散元方法 碎冰区 冰块尺寸 冰阻力
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极地海冰动力过程的多面体离散元方法
11
作者 李继 王嗣强 +1 位作者 王安良 季顺迎 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期651-658,共8页
极地海冰影响局部海域的通航条件乃至地质尺度上的气候预测,由于基于连续介质理论的海冰数值模式如网格方法难以应对浮冰尺度的模拟,近年来离散元方法越来越多用于海冰动力学领域。本文使用基于表面网格划分的多面体描述浮冰,通过使用GJ... 极地海冰影响局部海域的通航条件乃至地质尺度上的气候预测,由于基于连续介质理论的海冰数值模式如网格方法难以应对浮冰尺度的模拟,近年来离散元方法越来越多用于海冰动力学领域。本文使用基于表面网格划分的多面体描述浮冰,通过使用GJK(Gilbert-Johnson-Keerthi)算法以进行初步接触判断并提高计算效率,采用基于能量守恒接触理论确定单元间接触力,由此建立了极地海冰多面体离散元方法。将该方法应用于极地海冰动力过程模拟,并考虑Hopkins提出的冰脊形成导致的海冰间塑性接触力。首先通过两个浮冰间碰撞模拟以验证接触力计算的正确性,再通过对单向均匀风场下浮冰挤压的模拟验证冰脊生成的模拟能力,最后研究冻结强度参数对剪切风场下冰盖断裂和冰脊生成的影响。结果表明,极地海冰多面体离散元方法能够合理地反映地质尺度海冰的动力过程,并且可有效地模拟冰盖线性运动引起的冰隙和冰脊等动力特征。 展开更多
关键词 海冰动力学 离散元方法 冰脊模型 海冰断裂
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颗粒材料破碎行为数值分析方法研究综述 被引量:3
12
作者 梁绍敏 冯云田 +1 位作者 赵婷婷 王志华 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-22,共22页
颗粒材料在自然界和工程领域普遍存在,外载荷作用下颗粒可能发生破碎现象.颗粒材料的破碎行为会引起其物理力学性质的变化,给工程和建筑建设带来极大影响.研究宏、细观尺度下颗粒材料的破碎行为不仅可以揭示颗粒破碎的力学机理,还对工... 颗粒材料在自然界和工程领域普遍存在,外载荷作用下颗粒可能发生破碎现象.颗粒材料的破碎行为会引起其物理力学性质的变化,给工程和建筑建设带来极大影响.研究宏、细观尺度下颗粒材料的破碎行为不仅可以揭示颗粒破碎的力学机理,还对工程领域的安全和正常进行提供保障.因此,分析颗粒破碎过程既具有实际工程意义,又有理论研究价值.文章综述了颗粒破碎行为研究的数值分析方法,在基于离散元法理论的数值方法中,介绍了黏结-破碎法和碎片替代法;在基于离散元-有限元耦合算法的方法中,介绍了比例边界有限元法、组合有限元-离散元法和内聚力模型;此外还详细介绍了近场动力学方法.文章主要梳理并讨论了以上数值方法的提出、实现过程、发展、关键问题、优势以及这些方法的不足之处.此外,针对每一种数值方法回顾了国内外的研究成果以及在工程中的主要应用,对每种方法重点关注的问题进行了介绍.最后对目前关于颗粒破碎的数值研究进行总结,并对今后的发展方向进行简单的展望. 展开更多
关键词 颗粒破碎 数值方法 破碎机理 工程应用 计算效率
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滇中地区坡耕地红黏土离散元仿真模型参数标定与试验 被引量:2
13
作者 果霖 方启明 +3 位作者 李明飞 王智 王灿 张立芸 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期185-193,285,共10页
适用于山区坡耕地的耕整地机械在优化设计过程中缺乏准确的离散元仿真模型参数,制约了机具的设计改进。以滇中地区坡耕地红黏土为研究对象,结合无侧限抗压强度试验和离散元仿真方法,建立了基于EEPA模型和Bonding模型的无侧限抗压强度试... 适用于山区坡耕地的耕整地机械在优化设计过程中缺乏准确的离散元仿真模型参数,制约了机具的设计改进。以滇中地区坡耕地红黏土为研究对象,结合无侧限抗压强度试验和离散元仿真方法,建立了基于EEPA模型和Bonding模型的无侧限抗压强度试验仿真模型,并对仿真模型中的相关参数进行标定。试验中土样断裂的最大轴向压力平均值为431.19 N。以最大轴向压力为响应值设计Plackett-Burman试验、Steepest Ascent试验和Box-Behnken试验来确定离散元仿真模型参数,并通过试验来验证仿真的可靠性。Bonding模型单位面积法向刚度X1为3.14×10^(8)N/m^(3)、临界法向应力X_(3)为53175.4 Pa、EEPA模型接触塑性比X_(6)为0.31824。在该参数组合下进行验证仿真,其最大轴向压力与试验的相对误差仅为1.71%,并且Bond键的断裂面与试验相比较为符合。仿真与试验所得到的数据基本一致,说明该参数组合可靠,可为后续红黏土的离散元仿真提供理论依据。 展开更多
关键词 滇中地区红黏土 离散元 无侧限抗压强度试验 参数标定
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颗粒材料柱体崩塌物质点法数值模拟 被引量:2
14
作者 吴凤元 秦鹏飞 +1 位作者 李鑫超 赵子豪 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期445-451,共7页
为了研究颗粒材料崩塌的运动规律和堆积特性,采用物质点法对颗粒材料柱体崩塌试验进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比验证。对颗粒材料柱体崩塌过程中颗粒的流动特性(滑动距离、堆积高度、速度、能量和动能通量的演化)进行了... 为了研究颗粒材料崩塌的运动规律和堆积特性,采用物质点法对颗粒材料柱体崩塌试验进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比验证。对颗粒材料柱体崩塌过程中颗粒的流动特性(滑动距离、堆积高度、速度、能量和动能通量的演化)进行了分析。进一步探究了颗粒材料柱体高宽比对颗粒流动能通量的影响,从而反应颗粒材料柱体崩塌过程中颗粒流的破坏能力。颗粒材料柱体高宽比越大,颗粒材料柱体外侧边缘颗粒速度越大,其溃散的程度更加强烈,并且滑动距离和动能均在增大。对于动能通量的分布,水平方向越靠近初始颗粒材料柱体,动能通量越大。 展开更多
关键词 颗粒柱体 崩塌过程 物质点法 数值模拟
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非球形颗粒碰撞壁面反弹特性的试验及模型
15
作者 岑周涛 王景玉 +2 位作者 赵东强 李敏 吴玉新 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期171-179,共9页
气固分离过程中,颗粒碰撞壁面的反弹行为对颗粒运动及装置的分离效率将产生重要影响。已有研究多针对球形颗粒的碰撞行为,然而实际工业过程中,煤粉、生物质、矿石等颗粒均为非球形颗粒,该类颗粒与壁面碰撞后的反弹行为与球形颗粒存在显... 气固分离过程中,颗粒碰撞壁面的反弹行为对颗粒运动及装置的分离效率将产生重要影响。已有研究多针对球形颗粒的碰撞行为,然而实际工业过程中,煤粉、生物质、矿石等颗粒均为非球形颗粒,该类颗粒与壁面碰撞后的反弹行为与球形颗粒存在显著差异。为深入掌握非球形颗粒碰撞壁面的反弹行为,搭建了颗粒壁面碰撞试验装置,采用高速摄像及图像处理方法获得典型非球形颗粒碰撞壁面的基础数据,分析颗粒材质、球形度、壁面粗糙度、撞击角度、撞击速度等关键参数对颗粒-壁面反弹行为的影响。基于颗粒壁面碰撞四参数模型和神经网络模型分别预测了非球形颗粒与壁面的反弹行为的统计和随机分布特性。结果表明各类非球形颗粒与粗糙壁面碰撞的反弹行为存在一致性,说明球形度低于一定数值后,将成为颗粒壁面碰撞反弹行为的主导因素。四参数模型能很好地预测碰撞结果及随机分布特征,而基于试验数据训练的神经网络模型可达到更好的预测效果。 展开更多
关键词 气固分离 非球形颗粒 颗粒-壁面碰撞 反弹模型 碰撞随机分布
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土体颗粒物流动物质点法模拟的弹塑性和非牛顿流体本构模型比较研究
16
作者 王晶磊 孙政 +1 位作者 杨宇杰 周晓敏 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期452-457,共6页
土体颗粒物流动是一种典型的大变形破坏,具有非牛顿流体的流动特征。准确模拟土体颗粒物的流动及冲击过程,对滑坡和泥石流等地质灾害的防治具有重要意义。物质点法是一种无网格粒子类方法,已在各类大变形问题中得到了广泛应用。以往土... 土体颗粒物流动是一种典型的大变形破坏,具有非牛顿流体的流动特征。准确模拟土体颗粒物的流动及冲击过程,对滑坡和泥石流等地质灾害的防治具有重要意义。物质点法是一种无网格粒子类方法,已在各类大变形问题中得到了广泛应用。以往土体颗粒物流动的模拟,通常采用弹塑性本构模型,但缺乏对非牛顿本构模型的模拟分析。本文引入非牛顿本构模型的模拟分析,旨在为土体颗粒物流动模拟提供一种新的方法与思路。非牛顿本构模型的模拟分析是将非牛顿广义Cross模型引入三维物质点法,通过人工阻尼力模拟颗粒间的摩擦力,对土体颗粒物的坍塌、沿斜面滑动以及冲击障碍物等问题进行了动态模拟,研究了其运动全过程,并与弹塑性本构模型的模拟结果进行了对比验证。结果表明,基于非牛顿流体本构模型的物质点法可以较好地模拟土体颗粒物加速、减速到再次稳定的流动全过程及其对障碍物的冲击效应。 展开更多
关键词 物质点法 非牛顿流体 非牛顿流体模型 颗粒物流动 弹塑性模型
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出口振动筒仓颗粒流动过程的离散元分析 被引量:1
17
作者 王鑫洋 赵婷婷 +1 位作者 梁绍敏 张祺 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期674-681,共8页
对于筒仓内的颗粒物质而言,颗粒流量W会受到出口尺寸D的限制。当出口尺寸较小时,颗粒流很容易发生堵塞,而研究解堵塞方法对颗粒输送和疏通问题具有重要的意义。本文利用离散元法构建了一个出口做水平简谐振动的准二维筒仓,详细讨论了出... 对于筒仓内的颗粒物质而言,颗粒流量W会受到出口尺寸D的限制。当出口尺寸较小时,颗粒流很容易发生堵塞,而研究解堵塞方法对颗粒输送和疏通问题具有重要的意义。本文利用离散元法构建了一个出口做水平简谐振动的准二维筒仓,详细讨论了出口振动幅度A、频率f以及由这两个参数确定的出口振动速度V和振动加速度Γ对筒仓内球形颗粒流态变化和颗粒流量的影响。结果表明,颗粒流量随出口振动强度的变化趋势与筒仓出口尺寸相关,即D<5时,W随着振动加速度Γ或振动速度V的增加而增加,W是关于振动速度V的函数;D>5时,W随着振动加速度Γ或振动速度V的增加而减少,振幅和频率分别通过改变颗粒纵向流动范围和流速波动频率对颗粒流量造成影响,导致W不再是振动速度V的函数。 展开更多
关键词 离散元方法 颗粒介质 解堵塞过程 振动速度 振动加速度
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在颗粒堆积中拔出插入物所需最大拉力的探究
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作者 晏子坤 陈朝旭 +3 位作者 沈几贝 夏成杰 张杰 王春梅 《大学物理》 2024年第11期67-73,共7页
本文基于常见的实验设备与自主开发的装置,研究将插入物从颗粒堆积中拔出时的最大拉力,探究颗粒物质奇特的力学行为.具体而言,在精确控制颗粒堆积中插入物的角度、位置的基础上,改变体系堆积密度、颗粒粗糙程度、容器及插入物几何性质... 本文基于常见的实验设备与自主开发的装置,研究将插入物从颗粒堆积中拔出时的最大拉力,探究颗粒物质奇特的力学行为.具体而言,在精确控制颗粒堆积中插入物的角度、位置的基础上,改变体系堆积密度、颗粒粗糙程度、容器及插入物几何性质等重要参数,以研究它们对最大拉力的影响.通过修正的Janssen模型,得到了拔出插入物所需最大拉力的理论表达式,从而探讨堆积密度和颗粒粗糙程度对理论模型中的唯象参数的影响.将此实验研究继续发展推广,开发相关大学物理实验,能够帮助学生理解颗粒物质的力学现象,理解一系列软物质体系中的弹塑性力学行为. 展开更多
关键词 颗粒物质 摩擦 弹塑性固体 Janssen模型
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Effect of granular shape on radial segregation in a two-dimensional drum
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作者 徐悦 李然 +3 位作者 迟志鹏 修文正 孙其诚 杨晖 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第4期509-514,共6页
Granular segregation is widely observed in nature and industry.Most research has focused on segregation caused by differences in the size and density of spherical grains.However,due to the fact that grains typically h... Granular segregation is widely observed in nature and industry.Most research has focused on segregation caused by differences in the size and density of spherical grains.However,due to the fact that grains typically have different shapes,the focus is shifting towards shape segregation.In this study,experiments are conducted by mixing cubic and spherical grains.The results indicate that spherical grains gather at the center and cubic grains are distributed around them,and the degree of segregation is low.Through experiments,a structured analysis of local regions is conducted to explain the inability to form stable segregation patterns with obviously different geometric shapes.Further,through simulations,the reasons for the central and peripheral distributions are explained by comparing velocities and the number of collisions of the grains in the flow layer. 展开更多
关键词 granular materials cubic grains shape segregation segregation mechanism
原文传递
月面手动插旗过程的离散元-有限元耦合分析
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作者 梁绍敏 冯云田 王志华 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期666-673,688,共9页
在月球表面插入旗帜对人类探索宇宙具有重要意义.本文采用离散元G有限元耦合算法对手动插旗过程进行数值分析,首先,建立月壤的离散元模型、旗杆的有限元模型以及月壤与旗杆相互作用的离散元G有限元耦合模型;然后,对旗杆的结构进行优化... 在月球表面插入旗帜对人类探索宇宙具有重要意义.本文采用离散元G有限元耦合算法对手动插旗过程进行数值分析,首先,建立月壤的离散元模型、旗杆的有限元模型以及月壤与旗杆相互作用的离散元G有限元耦合模型;然后,对旗杆的结构进行优化设计以提高其稳固性;最后,提出三种不同的插旗方式并讨论不同插旗方式下旗杆的动力特性.研究结果表明,离散元G有限元耦合算法对月面插旗过程的模拟是有效的;底部尖锐度及稳定支架开叉角度的合理设计有利于增大旗杆的入壤深度和旗杆的稳固性;增大直接插入法中轴向力、提高敲击插入法中敲击力和敲击频率均可以增加旗杆的入壤深度;旋转插入法中旋转速度和旋转频率对插入过程影响较小.以上研究可为月面手动插旗提供有效的方案和理论参考. 展开更多
关键词 旗杆结构设计 插旗方式 入壤深度 稳固性分析 离散元-有限元耦合算法
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