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Micromechanical modeling of asphalt concrete fracture using a user-defined three-dimensional discrete element method 被引量:4
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作者 陈俊 汪林兵 黄晓明 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第12期3595-3602,共8页
A user-defined micromechanical model was developed to investigate the fracture mechanism of asphalt concrete (AC) using the discrete element method (DEM). A three-dimensional (3D) AC beam was built using the "F... A user-defined micromechanical model was developed to investigate the fracture mechanism of asphalt concrete (AC) using the discrete element method (DEM). A three-dimensional (3D) AC beam was built using the "Fish" language provided by PFC3D and was employed to simulate the three-point bending beam test at two temperature levels: -10 ℃ and 15℃. The AC beam was modeled with the consideration of the microstructural features of asphalt mixtures. Uniaxial complex modulus test and indirect tensile strength test were conducted to obtain material input parameters for numerical modeling. The 3D predictions were validated using laboratory experimental measurements of AC beams prepared by the same mixture design. Effects of mastic stiffness, cohesive and adhesive strength on AC fracture behavior were investigated using the DEM model. The results show that the 3D DEM fracture model can accurately predict the fracture patterns of asphalt concrete. The ratio of stress at interfaces to the stress in mastics increases as the mastic stiffness decreases; however, the increase in the cohesive strength or adhesive strength shows no significant influence on the tensile strength. 展开更多
关键词 asphalt concrete fracture behavior MICROMECHANICS discrete element method three-dimensional simulation
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基于DEM-PPM方法的非球形颗粒流动特性
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作者 陈巨辉 张谦 +6 位作者 李丹 李魏康 陈轲 周欢 ZHURAVKOV Michael LAPATSIN Siarhel 姜文锐 《化工进展》 北大核心 2025年第6期3382-3392,共11页
将颗粒形状简化为球形进行模拟会导致模拟与实际情况相差较大,多面体法(polyhedral particle method,PPM)能够提供更准确的几何表示和碰撞检测,基于离散单元法(discrete element method,DEM)耦合PPM法对非球形颗粒建模,结合非球形Ganse... 将颗粒形状简化为球形进行模拟会导致模拟与实际情况相差较大,多面体法(polyhedral particle method,PPM)能够提供更准确的几何表示和碰撞检测,基于离散单元法(discrete element method,DEM)耦合PPM法对非球形颗粒建模,结合非球形Ganser曳力系数耦合Di Felice曳力模型,采用适用于非球形颗粒的Di Felice-Ganser曳力模型。本文基于DEM-PPM方法模拟非球形颗粒在鼓泡流化床内的流动并分析其运动特性。对比非球形颗粒与球形颗粒在流化床中的运动过程,得到非球形颗粒和球形颗粒的颗粒数量、颗粒速度及颗粒旋转速度的分布,并计算各时刻的Lacey混合指数。结果表明,圆柱颗粒床层高度大于球形颗粒的床层高度,且圆柱颗粒的旋转速度远高于球形颗粒旋转速度。在球形颗粒的运动过程中,颗粒分布较为均匀,而在圆柱颗粒的运动过程中,颗粒更易于聚集。随着流化床高度的增加,圆柱颗粒的速度和旋转速度逐渐增大。圆柱颗粒在两侧分布较多,且两侧颗粒具有较大的速度与旋转速度。流化床中各层圆柱颗粒数量到达一定数量造成颗粒堆积后,随着颗粒数量的增加,颗粒速度和颗粒旋转速度减小,颗粒所受曳力增大。气泡的产生和破碎会促进圆柱颗粒混合,圆柱颗粒在流化床内混合效果较好。 展开更多
关键词 多面体法 非球形颗粒 离散单元法 鼓泡流化床 数值模拟
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烟草包衣种子离散元仿真参数标定与试验
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作者 于英杰 崔杰 +1 位作者 马二登 宋大科 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第9期264-269,共6页
研究烟草包衣种子与ABS树脂间以及种子之间的离散元仿真试验参数,提高烟草育苗播种机排种器离散元仿真试验的准确度。应用离散元软件EDEM建立烟草包衣种子离散元模型,基于自由落体碰撞试验、斜面滑动试验、斜面滚动试验和堆积试验,对比... 研究烟草包衣种子与ABS树脂间以及种子之间的离散元仿真试验参数,提高烟草育苗播种机排种器离散元仿真试验的准确度。应用离散元软件EDEM建立烟草包衣种子离散元模型,基于自由落体碰撞试验、斜面滑动试验、斜面滚动试验和堆积试验,对比分析EDEM仿真试验结果,标定烟草包衣种子与ABS树脂间以及种子之间的离散元仿真接触参数,得到烟草包衣种子与ABS树脂间以及种子间的碰撞恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数分别为0.419和0.6、0.366和0.7、0.034和0.15。采用滚筒式精密排种器进行仿真参数试验验证,对比不同排种轮转速下试验指标的实测值和仿真值,得到精密排种器充种合格率、漏播率和重播率的相对误差均小于5%。仿真参数可靠,能准确模拟烟草包衣种子物料特性。 展开更多
关键词 烟草包衣种子 离散元法 接触参数 标定 仿真试验
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绳索离散元模型构建方法与拉伸和弯曲过程力学分析
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作者 朱新华 李炳辉 +3 位作者 祝正阳 徐子格 谢意 梅方炜 《农业机械学报》 北大核心 2025年第7期190-199,共10页
基于有限元(FEM)构建的绳索模型结构复杂,主要用于绳索结构力学分析,其准确性受绳索结构影响大,导致模型适应性不好。基于离散元(DEM)构建结构简单、适应性强的绳索模型仍是一个难题。提出了一种基于DEM的绳索建模及参数标定方法。构建... 基于有限元(FEM)构建的绳索模型结构复杂,主要用于绳索结构力学分析,其准确性受绳索结构影响大,导致模型适应性不好。基于离散元(DEM)构建结构简单、适应性强的绳索模型仍是一个难题。提出了一种基于DEM的绳索建模及参数标定方法。构建的绳索模型为圆柱形,内部包含不同尺寸的三角壳体元件及其关节。三角壳体元件之间的力与弯矩分别以线弹性模型和双线性模型连接。通过拉伸和三点弯曲试验,分别以抗拉强度、弹性模量为响应值对绳索模型的离散元参数进行了标定。通过抗拉强度和弹性模量回归方程求解确定了绳索模型离散元参数最优组合。验证试验结果表明,绳索模型抗拉强度误差、弹性模量误差分别为2.32%、1.74%。拉伸、弯曲曲线平均误差分别为6.65%、7.35%。力学分析表明,DEM模型可用于分析绳索受力过程中的局部力学响应。构建的DEM基绳索模型为单股结构,与FEM基绳索模型相比,结构简单,具有普适性。 展开更多
关键词 绳索力学特性 离散元法 三角壳体元件 仿真模型
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国产高性能离散元软件MatDEM的研发与应用
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作者 刘春 杨泽荣 刘辉 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第5期997-1004,共8页
离散元法(DEM)能够有效模拟岩土体的非连续性与大变形破坏过程,在工程领域具有广泛的应用前景。然而,离散元法在工程应用中面临三大核心挑战:精确建模难度大、多场耦合理论不完善以及计算效率低下。针对这些问题,国产高性能离散元软件Ma... 离散元法(DEM)能够有效模拟岩土体的非连续性与大变形破坏过程,在工程领域具有广泛的应用前景。然而,离散元法在工程应用中面临三大核心挑战:精确建模难度大、多场耦合理论不完善以及计算效率低下。针对这些问题,国产高性能离散元软件MatDEM实现了以下创新突破:基于岩土体跨尺度建模方法与离散元宏微观转换公式,开发了离散元材料自动训练技术,显著降低了精确建模的复杂度;提出了离散元孔隙密度流法,实现了多场、流固耦合与溶质运移一体化数值模拟;采用原创的矩阵离散元计算法,高效处理数百万颗粒的大规模数值模拟。目前,MatDEM已集成前处理、求解、后处理及扩展模块等核心功能,形成了完善的软件生态系统。经过十余年的持续研发与优化,软件已成功应用于地质灾害、岩土工程、矿业工程及油气开采等领域。未来,将通过持续深化软件的工程场景适配能力,为我国防灾减灾与工程设计提供强有力的技术支撑。 展开更多
关键词 MatDEM 离散元法 数值模拟 多场耦合 工程应用
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柔性环连网多重非线性DEM分析法
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作者 余志祥 刘键 田永丁 《计算力学学报》 北大核心 2025年第1期122-129,共8页
针对防落石柔性网系统的多体动力学计算难题,提出了一种用于环连网多重非线性分析的离散元分析方法。开展了12组单环准静态拉伸试验,获得了网环拉伸受力全过程的力-位移曲线,明确了多种钢丝缠绕圈数条件下钢丝环的拉弯临界荷载、破断力... 针对防落石柔性网系统的多体动力学计算难题,提出了一种用于环连网多重非线性分析的离散元分析方法。开展了12组单环准静态拉伸试验,获得了网环拉伸受力全过程的力-位移曲线,明确了多种钢丝缠绕圈数条件下钢丝环的拉弯临界荷载、破断力、破断变形及破断能量。据此,确定了离散元模型的等效物理参数,并考虑了钢丝环套接区域的压扁软化和拉弯复合受力特性,标定了网环单元离散元模型的Bond键拉弯刚度控制参数,解决了环网单元的弯-拉协调等效难题。建立了密集套结的环连网离散元模型,并开展了环连网顶破全过程的数值模拟,结合环连网部件试验结果进行了比较分析。研究表明,环连网离散元分析方法准确模拟了钢丝环单元的弯-拉大变形受力特征及接触区域拉、弯、压复合受力破断模式;同时再现了环连网部件顶破全过程的接触滑动、塑性变形及冲切破坏等关键物理现象;离散元模型的破断力峰值、破断变形、拉伸刚度、弯曲刚度等关键结果均与试验吻合,验证了方法的合理性与可靠性。研究成果为柔性防护工程多重非线性精确量化分析提供了新途径。 展开更多
关键词 防护工程 环连网 离散元方法 拉伸试验 数值模拟
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基于离散元的有砟道床不同加固措施研究
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作者 栗振锋 孙志鹏 李婕 《农业装备与车辆工程》 2025年第5期84-89,共6页
为探究不同加固措施的作用机理和适用环境,基于离散元法(DEM)建立了三维有砟道床道砟箱模型,在此基础上,分析了道砟胶与道砟垫两种加固措施的作用机理及对有砟道床道砟颗粒运动模式、接触力以及轨枕运动的影响。研究表明:高频振动会加... 为探究不同加固措施的作用机理和适用环境,基于离散元法(DEM)建立了三维有砟道床道砟箱模型,在此基础上,分析了道砟胶与道砟垫两种加固措施的作用机理及对有砟道床道砟颗粒运动模式、接触力以及轨枕运动的影响。研究表明:高频振动会加剧道砟颗粒的重新分布与轨枕沉降,道砟胶和道砟垫两种加固手段对抑制道床性能劣化均有显著效果,能够有效延缓轨枕位移累积速率;道砟胶主要通过粘结作用约束颗粒运动使位移分布均匀化,在高频下依然能保持良好的加固效果;道砟垫则通过界面摩擦与弹性支撑抑制颗粒相对位移,效果在高频加载模式下略有衰减;高频振动主导的铁路区段更适合使用道砟胶加固,低频荷载场景中道砟垫的表现更好。 展开更多
关键词 道砟 有砟道床 离散元法 数值模拟 道床加固
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基于EDEM的干燥装置部件仿真试验研究
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作者 肖世伟 陈思羽 +4 位作者 刘洪义 刘春山 崔波 李志昂 赵国福 《农机化研究》 北大核心 2025年第6期191-196,共6页
为了提高稻谷在干燥过程时搅拌的均匀性,基于离散元法,运用EDEM仿真模拟软件,对稻谷颗粒在不同转速、填充率等关键参数条件下进行分析,进而得到滚筒搅拌均匀性的最佳工作参数。通过单因素仿真试验求得离散系数,来比较不同参数下滚筒的... 为了提高稻谷在干燥过程时搅拌的均匀性,基于离散元法,运用EDEM仿真模拟软件,对稻谷颗粒在不同转速、填充率等关键参数条件下进行分析,进而得到滚筒搅拌均匀性的最佳工作参数。通过单因素仿真试验求得离散系数,来比较不同参数下滚筒的搅拌效果,结果表明:滚筒最佳工作参数为转速55 r/min、填充率10%,此时稻谷含水率均匀性达到99%,作业效果满足要求。 展开更多
关键词 干燥装置 滚筒 离散元法 仿真
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三江平原地区白浆土离散元仿真参数标定与试验
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作者 邹佩实 马永财 +2 位作者 王汉羊 毛欣 陈鹏 《干旱地区农业研究》 北大核心 2025年第5期280-289,312,共11页
为探究三江平原白浆土区白浆土准确的离散元仿真模型参数,构建有价值的土壤模型,本文对表土层(0~15 cm)土壤-白浆层(15~35 cm)土壤混料进行参数标定试验研究。采用物理试验与EDEM仿真试验相结合的方法,选用Hertz-Mindlin with JKR接触... 为探究三江平原白浆土区白浆土准确的离散元仿真模型参数,构建有价值的土壤模型,本文对表土层(0~15 cm)土壤-白浆层(15~35 cm)土壤混料进行参数标定试验研究。采用物理试验与EDEM仿真试验相结合的方法,选用Hertz-Mindlin with JKR接触模型进行离散元仿真接触参数标定,利用Design-Expert软件中Plackett Burman试验,最陡爬坡试验以实际堆积角为目标,利用软件寻优功能对显著参数进行优化。结果表明最优参数组合表土层土壤-白浆层土壤滚动摩擦系数0.220,白浆层土壤-白浆层土壤滚动摩擦系数0.223,JKR表面能为0.055 J·m^(-2)(白浆层)和0.044 J·m^(-2)(表土层-白浆层)。在该参数组合条件下进行仿真试验,其相对误差为0.84%,证明仿真结果与试验结果吻合度较高。 展开更多
关键词 白浆土 离散元法 EDEM仿真 参数标定 三江平原
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锥形料仓稻种颗粒卸料力学行为及其结拱堵塞概率分析
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作者 陈林涛 王俊 +3 位作者 陈睿 牟向伟 王敏娜 马旭 《农业工程学报》 北大核心 2025年第17期317-327,共11页
为探明锥形料仓内稻种卸料中的颗粒流动机理,该研究通过建立“锥形料仓-稻种”离散元模型,分析了稻种颗粒在料仓喂料区不同区域的平动与旋转力学行为,量化了卸料中稻种的姿态、颗粒群内部压力及堵塞概率。仿真结果表明,随着卸料进行,稻... 为探明锥形料仓内稻种卸料中的颗粒流动机理,该研究通过建立“锥形料仓-稻种”离散元模型,分析了稻种颗粒在料仓喂料区不同区域的平动与旋转力学行为,量化了卸料中稻种的姿态、颗粒群内部压力及堵塞概率。仿真结果表明,随着卸料进行,稻种颗粒平动速度在径向呈轴对称分布,在轴向上料仓上部稻种平动速度较大,料仓中下部近壁区颗粒平动速度降低。稻种颗粒角速度在卸料口处达到最大值,在整体流区域,近壁区角速度略低于中心流区域。在卸料口及近壁区,稻种颗粒的滚动贡献指数较大,表明此处颗粒因旋转产生的相对切向速度占比较高。料仓上部的稻种颗粒姿态多趋近水平,随颗粒下落,料仓中部颗粒姿态逐渐趋近垂直。通过料仓稻种颗粒的堵塞概率研究,计算堵塞拱特征参数及不同堵塞拱上稻种颗粒个数对应的堵塞概率。结果表明,在相同喂料口和卸料口宽度条件下,选择“上凸”拱模型计算的理论堵塞概率较“非上凸”拱模型更接近模拟堵塞概率。增大喂料口宽度可提高颗粒群流量,堵塞概率与颗粒群流量仍呈负相关;当颗粒群流量不小于31.78 g/s时,理论堵塞概率与模拟堵塞概率的差值小于0.3%。该研究结果可为解决物料输送与储存中的堵塞问题、优化料仓结构参数、提高料仓有效利用率提供理论依据。 展开更多
关键词 农业机械 料仓 离散元法 卸料 数值模拟 堵塞概率
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基于离散元的螺旋搓揉式脱皮机脱皮运动分析方法研究
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作者 李寒 吴伟中 +1 位作者 唐静静 吴昊翔 《粮油食品科技》 北大核心 2025年第3期172-181,共10页
针对油莎豆脱皮困难的问题,利用Solidworks构建螺旋搓揉式脱皮机,结合EDEM离散元软件对脱皮滚筒内物料运动过程进行模拟分析,结果得出:脱皮滚筒与水平面夹角对颗粒平均速度变化影响呈正相关关系。夹角越大,颗粒平均速度变化越明显。搓... 针对油莎豆脱皮困难的问题,利用Solidworks构建螺旋搓揉式脱皮机,结合EDEM离散元软件对脱皮滚筒内物料运动过程进行模拟分析,结果得出:脱皮滚筒与水平面夹角对颗粒平均速度变化影响呈正相关关系。夹角越大,颗粒平均速度变化越明显。搓揉辊组间错位距离对颗粒的平均速度变化有一定影响。当辊组间错位距离小于45 mm时,错位距离越大,颗粒平均速度变幅越大。搓揉爪圆弧段曲率半径对颗粒平均速度变化影响不显著。但在搓揉过程中,曲率半径越大,颗粒受作用时间越长。研究表明,当滚筒与水平面夹角为5°,搓揉辊组间错位距离为45 mm,搓揉爪圆弧段曲率半径为100mm时,脱皮机滚筒内颗粒平均速度变化和颗粒分布达到最优。研究结果不仅为优化螺旋搓揉式脱皮机设计和工艺条件提供了理论依据,而且对提高油莎豆的脱皮效率和榨油质量具有应用价值。此外,该研究方法也为其他类似油莎豆的农作物颗粒脱皮/脱壳机理的研究提供了借鉴。 展开更多
关键词 油莎豆 螺旋搓揉式脱皮机 脱皮运动分析 离散元 仿真
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基于离散元模拟的滑坡碎屑流导向拦挡墙布置形式研究
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作者 段元杰 刘要来 +2 位作者 刘东 路瑞利 位伟 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第7期188-195,共8页
高速远程滑坡是一种破坏性强,影响范围广的地质灾害现象。为避免人员伤亡和经济损失,需在滑坡易发区设置防护措施,目前对碎屑流防护措施的研究多侧重于拦停能力和提高拦挡墙结构强度,很少考虑拦挡结构的运动导向功能。以赵家沟滑坡为例... 高速远程滑坡是一种破坏性强,影响范围广的地质灾害现象。为避免人员伤亡和经济损失,需在滑坡易发区设置防护措施,目前对碎屑流防护措施的研究多侧重于拦停能力和提高拦挡墙结构强度,很少考虑拦挡结构的运动导向功能。以赵家沟滑坡为例,采用离散元方法对碎屑流运动过程中拦挡结构的导向调控过程进行数值模拟,研究导向拦挡结构的布置形式对居民区的防护效果,并对分流挡墙在整个过程中所起的调节作用进行分析。结果表明,布置导向拦挡结构可以有效避免滑坡体流经人员活动区域,起到较好的防护作用。另外,设置分流挡墙将碎屑流分成多股并辅助导向,可以更好地控制碎屑流的速度,降低主要导向挡墙所受的冲击力,进一步降低碎屑流颗粒翻越挡墙的可能,达到更好的导向拦护效果。 展开更多
关键词 高速远程滑坡 颗粒流 离散元方法 数值模拟 导向拦挡墙
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密度对谷物混合颗粒分层影响的分析
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作者 张妍 王子谦 +2 位作者 张延 胡欣宇 赵湛 《农机化研究》 北大核心 2025年第4期35-41,49,共8页
采用离散元模拟了垂直振动下具有相同尺寸、不同密度的谷物混合颗粒分层过程,结果表明:小密度颗粒倾向于向上运动形成单一颗粒层,而大密度颗粒与部分小密度颗粒停留在单一颗粒层下,组成混合状态。为此,提出相应评价指标,定量描述混合物... 采用离散元模拟了垂直振动下具有相同尺寸、不同密度的谷物混合颗粒分层过程,结果表明:小密度颗粒倾向于向上运动形成单一颗粒层,而大密度颗粒与部分小密度颗粒停留在单一颗粒层下,组成混合状态。为此,提出相应评价指标,定量描述混合物分层程度,并讨论了混合颗粒密度比对分层速度的影响。结合混合物分层中空隙填充及动能理论,分析了密度影响分层机理,结果表明:在不同密度谷物混合颗粒分层过程中,随密度比增加小密度颗粒组成的单一颗粒层厚度增加并趋于饱和;混合层占总层数比率随密度比增加而减少并趋于稳定;颗粒分层速度随着密度比增加而增加,当密度比大于10时密度比对分层速度影响减弱;在混合物分层过程中,大密度颗粒较为活跃,且动能大于小密度颗粒的动能。 展开更多
关键词 谷物 颗粒分层 密度 数值模拟 离散元法
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基于离散元法的茶园土壤参数标定
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作者 任宁 俞国红 +1 位作者 郑航 陈志东 《浙江农业学报》 北大核心 2025年第6期1353-1359,共7页
为获取浙江丘陵山区茶园土壤离散元仿真模型的精准接触参数,构建土壤离散元仿真模型,基于土壤堆积试验,结合试验测定和EDEM仿真构建土壤模型,以土壤堆积角为响应值,依次通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验,逐级标... 为获取浙江丘陵山区茶园土壤离散元仿真模型的精准接触参数,构建土壤离散元仿真模型,基于土壤堆积试验,结合试验测定和EDEM仿真构建土壤模型,以土壤堆积角为响应值,依次通过Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验,逐级标定优化,得到如下最优参数组合:土壤-土壤的恢复系数0.49,土壤-土壤的静摩擦系数0.58,土壤JKR表面能13.06 J·m^(-2)。然后,通过线锤成孔仿真试验与现场试验对比分析,验证土壤仿真模型的准确性。结果显示,线锤在仿真土壤中的运动规律与实际试验基本一致,物理特性吻合,成型孔深误差为4.84%,表明土壤参数的标定和优化方法准确可行,构建的土壤模型可为后续开展茶园相关研究提供技术支撑。 展开更多
关键词 离散元法 参数标定 堆积角 模拟仿真 土壤
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农业装备领域离散元法应用研究进展
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作者 赵宏波 王学振 +2 位作者 郑智旗 李相辉 黄玉祥 《农业机械学报》 北大核心 2025年第7期1-19,F0003,共20页
离散元法是研究农业装备作业机理及机具参数优化设计的重要方法之一,其通过可靠的模型构建实现农业装备-农业物料互作关系仿真。近年来,国内外学者借助离散元法建立了系列农业物料模型,对农业生产各环节中农业装备与农业物料相互作用的... 离散元法是研究农业装备作业机理及机具参数优化设计的重要方法之一,其通过可靠的模型构建实现农业装备-农业物料互作关系仿真。近年来,国内外学者借助离散元法建立了系列农业物料模型,对农业生产各环节中农业装备与农业物料相互作用的离散元仿真分析取得了新进展。本文总结了土壤、种子、茎秆、肥料等常见农业物料的离散元模型构建技术与关键参数标定方法,综述了耕整地、播种、田间管理、收获及农产品加工与贮藏等农业装备典型作业环节中离散元法的应用案例,以及基于离散元仿真开展的农业装备参数优化设计研究。分析了离散元法在农业装备领域应用中存在的主要问题,包括模型精度和通用性有待提高、模拟仿真速度有待提升及离散元的耦合仿真有待拓展等,最后对离散元法在农业装备领域的未来发展进行了展望,包括:提高模型精度和通用性,加强基础理论和本征模型研究,提高仿真效率,拓展与其他方法的耦合应用。 展开更多
关键词 离散元法 农业装备 农业物料 参数标定 模拟仿真
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考虑粒子间碰撞的超音速火焰喷涂粒子飞行与沉积行为的数值分析
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作者 林国锭 丁坤英 +1 位作者 樊金虎 姬赟 《表面技术》 北大核心 2025年第19期225-235,共11页
目的考虑粒子间碰撞对粒子飞行行为的影响,研究超音速火焰喷涂过程中粒子飞行行为。方法建立超音速火焰喷涂流场中WC-10Co4Cr粒子飞行的CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)模型,通过实验和有限元分析,研究... 目的考虑粒子间碰撞对粒子飞行行为的影响,研究超音速火焰喷涂过程中粒子飞行行为。方法建立超音速火焰喷涂流场中WC-10Co4Cr粒子飞行的CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)模型,通过实验和有限元分析,研究粒子飞行速度和温度特征以及撞击基板时的沉积行为。随后应用该模型研究不同粒径粒子的飞行行为,并结合热喷涂粒子状态和涂层高度分布,测量分析粒径分布对飞行和沉积行为的影响。结果利用考虑粒子间碰撞的DEM模型计算粒子沉积时的平均速度为658 m/s(误差为3.9%),平均温度为1697 K(误差为3.3%)。DEM模型对小粒径粒子平均速度的计算结果更精确,其中,小、中、大粒径粒子在撞击基体时的平均速度分别为683、630、587 m/s,误差分别为3.8%、6.7%、8.0%。DEM模型对于大粒径粒子的速度预测结果相对较差,小、中、大粒径粒子平均温度分别为1659、1720、1666 K,误差分别为6.5%、0.9%、0.5%。粒子间的相互碰撞使撞击基板的粒子分布更均匀,其中,小粒径粒子受粒子间相互作用的影响更大,沉积涂层相比粗粒子更平坦,更利于涂层沉积。结论CFD-DEM模型可以有效地计算WC-10Co4Cr粒子在超音速火焰流场中的飞行行为,分析粒子在撞击基板时的速度、温度和撞击位置,预测粒子的沉积状态。 展开更多
关键词 超音速火焰喷涂 碳化钨 计算流体动力学 离散元模型 多粒子 数值模拟
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砂石混合体骨架组分及应力传递模式细观分析
17
作者 刘磊 崔旋 李维朝 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第6期1044-1055,共12页
砂石混合体是一种由粗粒废石和细粒砂土混杂而成的具有复杂结构的非连续介质,广泛存在于矿山排土场等工程中,其力学性质较为复杂,与混合体骨架组分与应力传递模式密切相关。而废石占比是影响混合体骨架组分等细观结构的主要因素。从细... 砂石混合体是一种由粗粒废石和细粒砂土混杂而成的具有复杂结构的非连续介质,广泛存在于矿山排土场等工程中,其力学性质较为复杂,与混合体骨架组分与应力传递模式密切相关。而废石占比是影响混合体骨架组分等细观结构的主要因素。从细观结构层次出发,采用离散元计算方法,结合废石与细砂室内三轴试验结果与不规则废石三维扫描壳体,构建了考虑废石实际形状的废石细砂混合体细观分析模型,并采用离散元程序对其开展了不同废石占比条件下的细观结构模拟,探究了废石占比对混合体骨架组分与应力传递模式的影响。结果表明:混合体骨架组分与应力传递模式的转变以及废石骨架完整性的破坏具有临界体积比。该工况下混合体骨架组分与应力传递模式转变的临界废石与细砂体积比为5.7∶1,而废石骨架完整性破坏的临界废石与细砂体积比为5.0∶1。通过分析废石与细砂力链分布、应力分担比与配位数的响应特征,将混合体骨架组分及应力传递模式划分为3类。Ⅰ类:混合体中废石起到骨架作用,该类存在于废石与细砂体积比大于5.7∶1时;Ⅱ类:细砂参与力的传递,但混合体骨架仍以废石为主,该类存在于废石与细砂体积比小于5.7∶1并大于5∶1时;Ⅲ类:废石与细砂两者同时起到骨架作用,该类存在于废石与细砂体积比小于5∶1。 展开更多
关键词 砂石混合体 骨架组分 三轴试验 离散元法 数值模拟
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菲律宾蛤仔浅海养殖底质离散元接触参数标定与仿真
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作者 赵佳佳 张国琛 +6 位作者 吴昊 李秀辰 张倩 娄玉仲 李航企 徐斌 母刚 《农业工程学报》 北大核心 2025年第11期295-304,共10页
针对菲律宾蛤仔等埋栖贝类采收作业时底质颗粒间缺乏准确的接触参数,该研究以辽宁丹东大鹿岛菲律宾蛤仔养殖区浅海底质为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR接触模型,对底质颗粒间接触参数进行标定。通过物理试验测定了浅海底... 针对菲律宾蛤仔等埋栖贝类采收作业时底质颗粒间缺乏准确的接触参数,该研究以辽宁丹东大鹿岛菲律宾蛤仔养殖区浅海底质为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR接触模型,对底质颗粒间接触参数进行标定。通过物理试验测定了浅海底质含水率、容重、内摩擦角、粘聚力和泊松比。基于漏斗法测定了浅海底质堆积角,确定了需要标定接触参数的范围为:JKR表面能4.50~18.00 J/m^(2)、碰撞恢复系数0.35~0.75、静摩擦系数0.20~1.04、滚动摩擦系数0.10~0.20。通过Design-Expert软件的优化模块对模型寻优得到JKR表面能、碰撞恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为10.96 J/m^(2)、0.37、0.63、0.10,在该最优解下仿真试验所得堆积角为49.83°,与物理试验所得的堆积角(51.00°)相对误差为2.29%。通过旋切试验对底质间接触参数进行验证,在物理试验与仿真试验中,旋切机构刀轴扭矩相对误差为7.76%,相对误差较小,结果表明标定的参数准确可靠,可为后续研究浅海底质-蛤仔-采收机构互作机制提供重要参考。 展开更多
关键词 浅海底质 堆积角 直剪试验 离散元法 接触参数标定 仿真试验
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岩土振动信号分布式光纤监测的离散元建模研究
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作者 王艺澄 闵寅通 +1 位作者 刘春 李万翀 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第2期307-316,共10页
分布式光纤传感(DAS)可获取实时的工程事件振动信号,识别这些信号的特征有利于预警和规避工程灾变风险。为系统地探究不同条件下的DAS信号特征,基于高性能离散元软件MatDEM,建立了岩土体振动信号DAS监测模型,采用弹性Clump模型构建光纤... 分布式光纤传感(DAS)可获取实时的工程事件振动信号,识别这些信号的特征有利于预警和规避工程灾变风险。为系统地探究不同条件下的DAS信号特征,基于高性能离散元软件MatDEM,建立了岩土体振动信号DAS监测模型,采用弹性Clump模型构建光纤结构体并实时记录相对应变数据,并结合外场重锤下落试验的DAS振动信号数据,从信号的时域特征、频域特征以及信号在振源参数影响下的变化规律三个方面验证了模型的合理性和有效性。研究结果表明,模拟和试验的信号特征具有一致性:信号波形都呈现出单个峰值并快速衰减的特征;信号频率集中,并随着频率增加,振幅逐渐降低;随着重锤下落高度、质量的增加,信号的振幅提高,相应的信噪比增强。模型可用于振动特性机理研究和振动信号大数据生成,有利于进一步的DAS信号解译和人工智能识别。 展开更多
关键词 离散元法 数值模拟 分布式监测 振动信号 时域分析 频域分析
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基于SPH-DEM的半封闭式地下空间洪水扩散过程仿真
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作者 刘佳婕 熊昊 陈湘生 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第S1期125-135,共11页
为深入探究洪水在半封闭式地下空间的水流扩散过程,采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)与离散单元法(discrete element method,DEM)耦合的方法,研究洪水侵入地下公交车站的动态过程。通过建立物理模型试验及... 为深入探究洪水在半封闭式地下空间的水流扩散过程,采用光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)与离散单元法(discrete element method,DEM)耦合的方法,研究洪水侵入地下公交车站的动态过程。通过建立物理模型试验及数值模拟,对SPH-DEM耦合方法进行标定及验证,证明该方法能有效模拟洪水侵入地下空间的物理力学过程。在此基础上,对比分析洪水从地下公交车站站厅层入口和隧道口灌入2种工况下在半封闭式地下空间的扩散演变规律以及不同类型车辆的动力学响应。研究结果表明:1)在半封闭式地下空间中,私家车相较于公交车面临的风险更高;2)车辆周围的建筑环境对疏散逃生具有显著影响;3)车辆的具体位置是影响疏散逃生效率的关键因素。 展开更多
关键词 SPH-DEM耦合方法 地下空间 大尺度模拟 洪涝灾害 地下公交车站
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