颗粒材料具有非连续、离散性等特征,在进行数值模拟时面临着较大的计算压力。通过将精确缩尺准则和粗粒化方法引入到连续-离散耦合(combined finite-discrete element method,FDEM)方法中,旨在为加速基于FDEM的颗粒材料数值模拟提供一...颗粒材料具有非连续、离散性等特征,在进行数值模拟时面临着较大的计算压力。通过将精确缩尺准则和粗粒化方法引入到连续-离散耦合(combined finite-discrete element method,FDEM)方法中,旨在为加速基于FDEM的颗粒材料数值模拟提供一种解决方案。基于精确缩尺和粗粒化等理论,推导了FDEM中应遵循的精确缩尺准则,在此基础上分别进行了等粒径颗粒体系及二元颗粒体系的三轴剪切数值试验。试验结果表明,在未引入精确缩尺准则时,粗粒化模型表现的力学响应特征会发生改变,结果出现失真,因此必须对粗粒化模型参数进行修正。引入精确缩尺准则后,粗粒化模型的力学响应特征会得到补正。试验结果论证了FDEM引入精确缩尺准则和粗粒化方法的有效性,即能在近似原始颗粒体系的条件下大幅度提升采用FDEM进行颗粒材料数值模拟的计算效率。基于数值试验结果进行了宏细观力学分析,宏观应力变形和细观接触力相互映证,揭示了精确缩尺和粗粒化方法的细观力学机理。展开更多
非规则颗粒形态显著影响球磨机中颗粒材料的运动行为,同时对球磨机结构产生不同的力学响应。采用超二次曲面方程描述非规则颗粒材料,并发展了离散元(discrete element method,DEM)–有限元(finite element method,FEM)耦合算法以分析非...非规则颗粒形态显著影响球磨机中颗粒材料的运动行为,同时对球磨机结构产生不同的力学响应。采用超二次曲面方程描述非规则颗粒材料,并发展了离散元(discrete element method,DEM)–有限元(finite element method,FEM)耦合算法以分析非规则颗粒材料与滚筒球磨机间的相互作用。在该算法中,滚筒球磨机被划分为一系列四边形单元,并且超二次曲面颗粒与球磨机间的接触判断可转化为超二次曲面颗粒与四边形单元间的接触判断。将计算得到的碰撞力向节点插值,该节点力作为载荷条件在有限元中进行隐式动力学求解,并通过求解颗粒运动方程和有限元动力方程实现颗粒运动更新和结构力学响应分析。进一步分析了滚筒球磨机中球体、圆柱体和立方体颗粒材料的运动行为以及滚筒球磨机的变形及应力分布规律。研究结果表明:颗粒形状显著影响球磨机研磨效果和球磨机结构位移;立方体颗粒具有最好的研磨效果,而圆柱体颗粒比球体颗粒具有更好的研磨效果;在结构位移上,立方体颗粒有最大的峰值位移,其次是圆柱体和球体颗粒;相比于规则的球体颗粒,超二次曲面颗粒有不规则的表面形状,这会导致更好的研磨效果和更大的结构位移。展开更多
文摘颗粒材料具有非连续、离散性等特征,在进行数值模拟时面临着较大的计算压力。通过将精确缩尺准则和粗粒化方法引入到连续-离散耦合(combined finite-discrete element method,FDEM)方法中,旨在为加速基于FDEM的颗粒材料数值模拟提供一种解决方案。基于精确缩尺和粗粒化等理论,推导了FDEM中应遵循的精确缩尺准则,在此基础上分别进行了等粒径颗粒体系及二元颗粒体系的三轴剪切数值试验。试验结果表明,在未引入精确缩尺准则时,粗粒化模型表现的力学响应特征会发生改变,结果出现失真,因此必须对粗粒化模型参数进行修正。引入精确缩尺准则后,粗粒化模型的力学响应特征会得到补正。试验结果论证了FDEM引入精确缩尺准则和粗粒化方法的有效性,即能在近似原始颗粒体系的条件下大幅度提升采用FDEM进行颗粒材料数值模拟的计算效率。基于数值试验结果进行了宏细观力学分析,宏观应力变形和细观接触力相互映证,揭示了精确缩尺和粗粒化方法的细观力学机理。
文摘非规则颗粒形态显著影响球磨机中颗粒材料的运动行为,同时对球磨机结构产生不同的力学响应。采用超二次曲面方程描述非规则颗粒材料,并发展了离散元(discrete element method,DEM)–有限元(finite element method,FEM)耦合算法以分析非规则颗粒材料与滚筒球磨机间的相互作用。在该算法中,滚筒球磨机被划分为一系列四边形单元,并且超二次曲面颗粒与球磨机间的接触判断可转化为超二次曲面颗粒与四边形单元间的接触判断。将计算得到的碰撞力向节点插值,该节点力作为载荷条件在有限元中进行隐式动力学求解,并通过求解颗粒运动方程和有限元动力方程实现颗粒运动更新和结构力学响应分析。进一步分析了滚筒球磨机中球体、圆柱体和立方体颗粒材料的运动行为以及滚筒球磨机的变形及应力分布规律。研究结果表明:颗粒形状显著影响球磨机研磨效果和球磨机结构位移;立方体颗粒具有最好的研磨效果,而圆柱体颗粒比球体颗粒具有更好的研磨效果;在结构位移上,立方体颗粒有最大的峰值位移,其次是圆柱体和球体颗粒;相比于规则的球体颗粒,超二次曲面颗粒有不规则的表面形状,这会导致更好的研磨效果和更大的结构位移。
