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Dynamic Characteristics of Irregular Ice Floes Based on Polyhedral Discrete Element Method
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作者 LI Ji WANG Si-qiang +1 位作者 LIU Lu JI Shun-ying 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期1849-1863,共15页
In polar regions, floating ice exhibits distinct characteristics across a range of spatial scales. It is well recognized that the irregular geometry of these ice formations markedly influences their dynamic behavior. ... In polar regions, floating ice exhibits distinct characteristics across a range of spatial scales. It is well recognized that the irregular geometry of these ice formations markedly influences their dynamic behavior. This study introduces a polyhedral Discrete Element Method (DEM) tailored for polar ice, incorporating the Gilbert-Johnson-Keerthi (GJK) and Expanding Polytope Algorithm (EPA) for contact detection. This approach facilitates the simulation of the drift and collision processes of floating ice, effectively capturing its freezing and fragmentation. Subsequently, the stability and reli ability of this model are validated by uniaxial compression on level ice fields, focusing specifically on the influence of compression strength on deformation resistance. Additionally, clusters of ice floes nav igating through narrow channels are simulated. These studies have qualitatively assessed the effects of Floe Size Distribution (FSD), initial concentration, and circularity on their flow dynamics. The higher power-law exponent values in the FSD, increased circularity, and decreased concentration are each as sociated with accelerated flow in ice floe fields. The simulation results distinctly demonstrate the con siderable impact of sea ice geometry on the movement of clusters, offering valuable insights into the complexities of polar ice dynamics. 展开更多
关键词 discrete element method GJK-EPA algorithm sea ice dynamics floe geometry
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Discrete element method of improved performance of railway ballast bed using elastic sleeper 被引量:10
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作者 高亮 罗奇 +2 位作者 徐旸 井国庆 蒋函珂 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第8期3223-3231,共9页
With the development of high-speed and heavy-haul railway in China, problems like insufficient thickness of ballast bed and overlarge track stiffness are obvious. Ballast may break into small particles and their conta... With the development of high-speed and heavy-haul railway in China, problems like insufficient thickness of ballast bed and overlarge track stiffness are obvious. Ballast may break into small particles and their contact status will deteriorate under cyclic loading, resulting in ballast degradation. Discrete element method(DEM) was used to research improved performance of ballast bed using elastic sleeper. Clusters were generated by bonding spheres to model real ballasts, while broken bonds were utilized to distinguish breakage. Two kinds of ballast beds with elastic sleeper and conventional sleeper were established, respectively. After applying cyclic loading to the models, differences of mechanical properties between two models were analyzed by contrasting their dynamic behavior indexes, such as particle contact force, sleeper settlement, vibration velocity and acceleration, breakage characteristic. The results illustrate that compared with conventional sleeper, elastic sleeper increases sleeper settlement, while reduces ballast vibration and contact force between particles, which could depress ballast breakage. 展开更多
关键词 railway ballast bed discrete element method elastic sleeper BREAKAGE mechanical property
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Numerical investigations on mechanical characteristics and failure mechanism of outwash deposits based on random meso-structures using discrete element method 被引量:3
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作者 ZHANG Qiang XU Wei-ya +2 位作者 LIU Qin-ya SHEN Jun-liang YAN Long 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第12期2894-2905,共12页
Outwash deposit is a unique type of geological materials, and its features such as heterogeneity, discontinuity and nonlinearity determine the complexity of mechanical characteristics and failure mechanism. In this wo... Outwash deposit is a unique type of geological materials, and its features such as heterogeneity, discontinuity and nonlinearity determine the complexity of mechanical characteristics and failure mechanism. In this work, random meso-structure of outwash deposits was constructed by the technique of computer random simulation based on characteristics of its meso-structure in the statistical sense and some simplifications, and a series of large direct shear tests on numerical samples of outwash deposits with stone contents of 15%, 30%, 45% and 60% were conducted using the discrete element method to further investigate its mechanical characteristics and failure mechanism under external load. The results show that the deformation characteristics and shear strength of outwash deposits are to some extent improved with the increase of stone content, and the shear stress–shear displacement curves of outwash deposits show great differences at the post-peak stage due to the random spatial distribution and content of stones. From the mesoscopic view, normal directions of contacts between "soil" and "stone" particles undergo apparent deflection as the shear displacement continues during the shearing process, accompanying redistribution of the magnitude of contact forces during the shearing process. For outwash deposits, the shear zone formed after shear failure is an irregular stripe due to the movements of stones near the shear zone, and it expands gradually with the increase of stone content. In addition, there is an approximately linear relation between the mean increment of internal friction angle and the stone content lying between 30% and 60%, and a concave nonlinear relation between the mean increment of cohesion and stone content, which are in good agreement with the existing research results. 展开更多
关键词 outwash DEPOSITS RANDOM meso-structures discrete element method NUMERICAL tests mechanical characteristics FAILURE mechanism
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Microstructure modeling and virtual test of asphalt mixture based on three-dimensional discrete element method 被引量:4
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作者 马涛 张德育 +2 位作者 张垚 赵永利 黄晓明 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第6期1525-1534,共10页
The objective of this work is to model the microstructure of asphalt mixture and build virtual test for asphalt mixture by using Particle Flow Code in three dimensions(PFC^(3D))based on three-dimensional discrete elem... The objective of this work is to model the microstructure of asphalt mixture and build virtual test for asphalt mixture by using Particle Flow Code in three dimensions(PFC^(3D))based on three-dimensional discrete element method.A randomly generating algorithm was proposed to capture the three-dimensional irregular shape of coarse aggregate.And then,modeling algorithm and method for graded aggregates were built.Based on the combination of modeling of coarse aggregates,asphalt mastic and air voids,three-dimensional virtual sample of asphalt mixture was modeled by using PFC^(3D).Virtual tests for penetration test of aggregate and uniaxial creep test of asphalt mixture were built and conducted by using PFC^(3D).By comparison of the testing results between virtual tests and actual laboratory tests,the validity of the microstructure modeling and virtual test built in this study was verified.Additionally,compared with laboratory test,the virtual test is easier to conduct and has less variability.It is proved that microstructure modeling and virtual test based on three-dimensional discrete element method is a promising way to conduct research of asphalt mixture. 展开更多
关键词 asphalt mixture microstructure modeling virtual test discrete element method three-dimensional method
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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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Numerical analysis of behavior of active layer in rotary kilns by discrete element method 被引量:3
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作者 谢知音 冯俊小 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第3期634-639,共6页
The behavior of the active layer of material bed within rotary kilns plays a key role in industrial applications.To obtain its influences on industrial process,different regimes of particle motion have been simulated ... The behavior of the active layer of material bed within rotary kilns plays a key role in industrial applications.To obtain its influences on industrial process,different regimes of particle motion have been simulated by discrete element method(DEM) in three dimensions under variant rotation speeds,filling degree,based on the background of induration process of iron ore pellets.The influences of the mentioned factors on the maximum thickness of the active layer and the average velocity of particles have been investigated.The average velocity of particles increases with Froude number following the power function over a wide range,and the maximum thickness rises with increasing rotation speed in a way of logarithm.The influence of the filling degree f on the maximum thickness exhibits a good linearity under two classic regimes,but the increasing of the average velocity of the active layer is limited at f=0.4.This basic research highlights the impact of the active layer within rotary kilns,and lays a good foundation for the further investigation in mixing and heat transfer within the particle bed inside rotary kilns. 展开更多
关键词 rotary kiln particle motion discrete element method active layer
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基于SPH-DEM并行计算的滑坡涌浪模拟
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作者 唐岳灏 姜清辉 《人民长江》 北大核心 2025年第5期136-142,共7页
为解决滑坡体与水体的强耦合及非线性水波演化形成的复杂流-固耦合问题,采用光滑粒子流方法(SPH)模拟水体动力学特性,通过离散元方法(DEM)模拟滑坡体大变形与不连续问题,构建了SPH-DEM流-固耦合算法,并开发了基于分布式MPI的并行计算程... 为解决滑坡体与水体的强耦合及非线性水波演化形成的复杂流-固耦合问题,采用光滑粒子流方法(SPH)模拟水体动力学特性,通过离散元方法(DEM)模拟滑坡体大变形与不连续问题,构建了SPH-DEM流-固耦合算法,并开发了基于分布式MPI的并行计算程序,实现了SPH-DEM耦合过程的大规模高性能计算。将该程序应用于湖北省江坪河水库白日垭崩塌体滑坡模拟,再现了滑坡发展、涌浪形成、河道传播、冲击大坝的灾害链过程。结果显示:涌浪在坝前最大壅高474.00 m,低于坝高476.00 m,此程序在进程数量128时取得了超过70%的并行加速效率。研究成果能有效分析滑坡涌浪灾害动力学过程,开发的并行程序可为其他国产同类软件提供借鉴。 展开更多
关键词 滑坡涌浪 流-固耦合 离散元(dem) 光滑粒子流(SPH) 白日垭崩塌体 江坪河水库
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基于EDEM的发酵反应器螺旋搅拌结构参数优化设计
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作者 张艳丽 张征征 +3 位作者 牛国玲 马浏轩 梁秋艳 邢晨泰 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第2期187-192,216,共7页
针对秸秆发酵过程中碎料与菌种混合不均问题,对好氧反应器的螺旋搅拌结构进行参数优化。基于离散单元法,对物料进行理论和仿真分析。结果表明,影响变异系数主次顺序为转速、螺距比、叶宽比;随搅拌叶宽比增加,变异系数先减小后增大,平均... 针对秸秆发酵过程中碎料与菌种混合不均问题,对好氧反应器的螺旋搅拌结构进行参数优化。基于离散单元法,对物料进行理论和仿真分析。结果表明,影响变异系数主次顺序为转速、螺距比、叶宽比;随搅拌叶宽比增加,变异系数先减小后增大,平均功率呈下降趋势;随搅拌螺距比增加,变异系数先下降后上升,平均功率呈下降趋势;随搅拌转速增加,变异系数呈下降趋势,平均功率呈先上升后下降趋势。构建变异系数模型并进行优化,变异系数最优为13.295%,与仿真结果误差为1.411%;搅拌装置进行静力学分析,最大应力值为47.259 MPa,最大变形为4.3575 mm;离散元仿真功率与试验值误差均值为14.1%,符合设计要求。该搅拌参数优化设计为发酵反应器高效混合提供理论支持。 展开更多
关键词 秸秆发酵 螺旋搅拌结构 离散单元法 变异系数 参数优化
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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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基于EDEM的搅拌式粮食烘干筒仓搅拌均匀性研究
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作者 袁浩 付天昊 +3 位作者 操文武 彭旭东 蔡健荣 李政 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第7期241-246,共6页
针对搅拌式粮食烘干筒仓不同设计及运动参数下设备搅拌效果评价成本高、设备研发周期长的问题,寻找搅拌式粮食烘干筒仓搅拌装置的最佳设计及运动参数,基于对单个粮食颗粒在螺旋搅拌器作用下的受力和运动的理论研究,以稻谷颗粒三维尺寸... 针对搅拌式粮食烘干筒仓不同设计及运动参数下设备搅拌效果评价成本高、设备研发周期长的问题,寻找搅拌式粮食烘干筒仓搅拌装置的最佳设计及运动参数,基于对单个粮食颗粒在螺旋搅拌器作用下的受力和运动的理论研究,以稻谷颗粒三维尺寸为基础,采用多球丛聚法建立稻谷颗粒的多球颗粒模型,利用离散元仿真软件EDEM进行螺旋搅拌器转速、螺距对搅拌均匀性单因素离散元仿真分析。仿真结果表明:螺旋搅拌器转速越高越有利于均匀性的提高,在一定范围内适当加大螺距可以提高搅拌均匀性。当螺旋搅拌器转速为30 r/min、螺距为110 mm时,搅拌变异系数最小为0.1。样机试验表明:当螺旋搅拌器转速为30 r/min、螺距为110 mm时,搅拌均匀性较高,比原始参数组合的烘干效率高25%。 展开更多
关键词 稻谷颗粒 烘干 螺旋搅拌器 搅拌均匀性 离散单元法 Edem软件
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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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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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基于DEM的废弃混凝土砂浆剥离性能的研究
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作者 陈作炳 黄璜 +1 位作者 杨凯 张伟丽 《混凝土》 北大核心 2025年第4期55-61,共7页
合理处理再生利用废弃混凝土已经成为建筑行业和环保部门面临的重要问题。基于废弃混凝土剥离试验的试验数据,应用离散元方法构建废弃混凝土砂浆颗粒破碎模型,同时对基本参数进行试验测试。在HRM400立式辊磨机中对砂浆颗粒模型进行破碎... 合理处理再生利用废弃混凝土已经成为建筑行业和环保部门面临的重要问题。基于废弃混凝土剥离试验的试验数据,应用离散元方法构建废弃混凝土砂浆颗粒破碎模型,同时对基本参数进行试验测试。在HRM400立式辊磨机中对砂浆颗粒模型进行破碎,得到再生砂粉,仿真数据和实际数据误差在合理范围内。通过分别研究磨盘转速、喂料量、磨辊个数、磨盘半径、磨盘磨辊最小间隙(MS),对废弃混凝土的砂浆剥离性能进行分析。结果发现增大磨盘转速、磨盘磨辊最小间隙(MS)、磨盘半径,废弃混凝土砂浆剥离性能降低;增大喂料量、磨辊个数,废弃混凝土砂浆剥离性能先升高后降低。其计算模型和研究成果对废弃混凝土砂浆剥离性能的研究提供参考价值。 展开更多
关键词 废弃混凝土 离散元 立式辊磨机 砂浆剥离性能
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基于DEM-MBD的双轨迹钻井液振动筛筛分性能研究
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作者 吕志鹏 段铃童 +2 位作者 韩庆锋 杨令 闵庆新 《石油机械》 北大核心 2025年第8期44-52,59,共10页
为增强振动筛的处理能力,满足钻采过程中的不同工况需求,改善现有钻井液振动筛存在的“筛堵”“跑浆”等问题,提出了一种“直线+变椭圆”的双轨迹钻井液振动筛,并基于离散元方法 (discrete element method, DEM)耦合多体系统动力学(dyna... 为增强振动筛的处理能力,满足钻采过程中的不同工况需求,改善现有钻井液振动筛存在的“筛堵”“跑浆”等问题,提出了一种“直线+变椭圆”的双轨迹钻井液振动筛,并基于离散元方法 (discrete element method, DEM)耦合多体系统动力学(dynamics of multi-body system,MBD)的研究方法,对双轨迹振动筛和岩屑颗粒进行联合仿真计算。探究了2种振型下筛网面上的运动轨迹与抛掷指数、筛分过程中多种岩屑颗粒的运动行为以及筛分性能。研究结果发现:变椭圆轨迹下从入料端至出料端筛面的抛掷指数和振动方向角逐渐减小,有利于实现入料端钻井液固液分离与液相透筛,降低出料端岩屑颗粒的破碎和堵筛概率;稳定筛分时,易透筛颗粒基本处于料层底部或已经透筛,难透筛和不透筛颗粒处于料层的中上层;变椭圆轨迹下多种岩屑颗粒的透筛率均高于直线轨迹、平均透筛时间均短于直线轨迹、平均运移速度均大于直线轨迹。研究成果可为钻井液振动筛的性能提升提供参考。 展开更多
关键词 双轨迹振动筛 变椭圆 离散元法 筛分特性 耦合多体系统动力学 岩屑颗粒 抛掷指数
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基于CFD-DEM耦合的土壤传热过程模拟
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作者 江洁 赵庆富 《安徽农业科学》 2025年第10期210-216,共7页
为探明射流燃烧火焰在除草时的温度分布,分析射流火焰在土壤颗粒及多孔介质中的传热特性,通过测量和标定土壤颗粒参数,建立火焰喷头、土壤颗粒床以及土壤多孔介质模型。采用计算流体力学(CFD)与离散元法(DEM)耦合方法对喷头射流燃烧火... 为探明射流燃烧火焰在除草时的温度分布,分析射流火焰在土壤颗粒及多孔介质中的传热特性,通过测量和标定土壤颗粒参数,建立火焰喷头、土壤颗粒床以及土壤多孔介质模型。采用计算流体力学(CFD)与离散元法(DEM)耦合方法对喷头射流燃烧火焰温度在土层中的热特性传递进行数值模拟试验。结果表明,当喷头高度为100 mm时最高温度可达958 K,温度影响范围近似为半径90 mm的圆,传热深度可达17 mm。当喷头高度为200 mm时最高温度为848 K,影响范围近似为半径40 mm的圆,温度影响范围和影响半径都与喷头高度呈线性关系,均随着喷头高度的增加而减小。通过试验测得火焰喷头在距离地面高度分别为100、125、150、175、200 mm时土壤最高温度分别为926.15、913.95、887.35、860.85、818.35 K。 展开更多
关键词 传热特性 计算流体力学 离散元法 燃烧 土壤
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基于AgriDEM软件的小麦根系建模与试验验证 被引量:1
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作者 赵瑾汶 于建群 +4 位作者 孙凯 孙永昌 王扬 梁留锁 于亚军 《农业工程学报》 北大核心 2025年第3期63-72,共10页
为设计和优化小麦收获后的旋耕灭茬机械关键工作部件,应用离散元法对小麦根系进行建模和分析,需对其接触力学参数进行标定。该研究以成熟期小麦为对象,建立小麦根系模型并进行试验验证。首先,在小麦根系物理力学性质测试分析的基础上,... 为设计和优化小麦收获后的旋耕灭茬机械关键工作部件,应用离散元法对小麦根系进行建模和分析,需对其接触力学参数进行标定。该研究以成熟期小麦为对象,建立小麦根系模型并进行试验验证。首先,在小麦根系物理力学性质测试分析的基础上,采用自主研发的软件AgriDEM,建立了小麦单条根和整株根系的离散元模型。然后,通过单条根的拉伸试验和仿真,确定了不同含水率(6%、15%和27%)下单条根的极限应力和弹性模量,并对平行粘接模型的各项粘接参数进行标定和优化。通过土壤堆积角试验和仿真,确定了土壤仿真使用的“黏颗粒”接触力学模型各项参数。最后,进行了单条根埋入土壤中的拉拔试验以及实际根系在土壤中的拉拔试验和仿真。结果表明,仿真和试验中单条根和实际根系受到的平均最大拉拔力相对误差均在15%以内,由此证明了所建立的单条根和整株根系模型及参数的准确性。研究结果可为小麦收获后耕整地过程的仿真分析奠定基础。 展开更多
关键词 离散元法 Agridem软件 小麦根系 根土复合体 拉拔试验
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砂土静力触探试验的DEM-FDM耦合数值模拟研究 被引量:1
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作者 宋跃 顾晓强 +1 位作者 胡靖 郑兴 《岩土工程学报》 北大核心 2025年第6期1249-1258,共10页
静力触探是岩土工程最重要的原位测试手段之一,然而静力触探不能直接测出土体参数,需借助标定罐试验或数值模拟中已有的锥尖阻力与土体参数的经验关系来确定土体参数。本研究利用离散元(DEM)与有限差分法(FDM)耦合数值方法实现了砂土中... 静力触探是岩土工程最重要的原位测试手段之一,然而静力触探不能直接测出土体参数,需借助标定罐试验或数值模拟中已有的锥尖阻力与土体参数的经验关系来确定土体参数。本研究利用离散元(DEM)与有限差分法(FDM)耦合数值方法实现了砂土中标定罐静力触探贯入全过程的高效模拟,探究了影响锥尖阻力的主要因素。模拟中,首先根据砂土单元体宏观力学特性标定了砂土颗粒接触模型参数,并进一步分析了标定罐尺寸、砂土密实度、围压等对锥尖阻力影响,最后建立了归一化锥尖阻力Q和峰值内摩擦角φ_(peak)的关系。研究结果表明,在离散-连续模型径向尺寸比R_(df)为0.67且标定罐归一化径向长度R_(d)为20的情况下,模拟的尺寸效应可忽略。同时,锥尖阻力的模拟结果与小孔扩张理论计算结果吻合良好,验证了数值模拟的可靠性。归一化锥尖阻力Q和峰值内摩擦角φ_(peak)之间呈指数关系,与原位测试结果接近,进一步验证了耦合模拟方法的准确性,其结果可为砂土静力触探锥尖阻力与土体参数经验关系的建立提供重要参考。 展开更多
关键词 静力触探 标定罐 离散元 有限差分 锥尖阻力
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基于DEM与MFBD双向耦合的反铲挖掘机工作装置分析 被引量:2
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作者 徐庆港 林谢昭 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第1期231-235,239,共6页
为正确评价挖掘机工作装置在作业过程中的动态性能,需要准确模拟工作装置在挖掘过程中所受的载荷变化以及铲斗的装料过程。在RecurDyn中构建了工作装置的刚柔耦合模型,并与基于离散单元法的土壤模型进行双向协同仿真。结果表明,结合离... 为正确评价挖掘机工作装置在作业过程中的动态性能,需要准确模拟工作装置在挖掘过程中所受的载荷变化以及铲斗的装料过程。在RecurDyn中构建了工作装置的刚柔耦合模型,并与基于离散单元法的土壤模型进行双向协同仿真。结果表明,结合离散单元法的刚柔耦合仿真能提供更符合真实工况的动态变化数据,能正确地反应挖掘全过程中斗杆和动臂的强度/刚度的动态变化,避免了传统计算只取个别特征位姿的不足。仿真得到的挖掘阻力比传统解析解大约38%,所确定的工作装置危险姿态也与现国标中的构型略有差异。 展开更多
关键词 挖掘阻力 工作装置 离散单元法 刚柔耦合
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基于FDEM的核桃挤压-剪切载荷下破碎机理与减损方法 被引量:1
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作者 张永成 盖广鑫 +3 位作者 宗望远 陈沛瑀 王法安 王星宇 《农业机械学报》 北大核心 2025年第3期291-300,共10页
破壳取仁是核桃精深加工的重要环节,针对现有核桃破壳方式脱壳效率低、整仁率不高等问题,本文通过有限元耦合离散单元法(FDEM)模拟核桃在挤压剪切载荷下的破碎过程,提出了一种挤压-剪切破壳方法,测定了温185核桃壳厚、壳仁间隙等物理参... 破壳取仁是核桃精深加工的重要环节,针对现有核桃破壳方式脱壳效率低、整仁率不高等问题,本文通过有限元耦合离散单元法(FDEM)模拟核桃在挤压剪切载荷下的破碎过程,提出了一种挤压-剪切破壳方法,测定了温185核桃壳厚、壳仁间隙等物理参数,构建了仿真模型并进行了参数标定。通过定性和定量分析了核桃壳和仁在挤压-剪切载荷下破壳角度对壳仁断裂的影响以及破壳角度和压缩量对核桃壳仁破碎影响规律,明晰了核桃挤压-剪切载荷下破碎机理及核仁损伤的原因。结果表明:核桃壳仁破碎机理为核桃壳在拉伸主导下断裂,在接触表面产生贯穿裂纹,有利于核桃快速破壳,核桃仁在剪切主导下断裂,在破壳过程中核桃仁易与壳发生多点接触,产生应力集中导致断裂发生,不利于保持仁的完整性,各破壳角度下随着压缩量增加,核桃壳受到持续加载的力使其向里运动,导致核桃仁损伤逐渐增加。以上机理表明,若在核桃壳发生初次断裂后不继续施加破壳力,给其一个恢复变形时间,然后继续施加间歇加载力,减少壳与仁的多点接触,可使其在小位移下进行多次破壳,有效降低核桃仁损伤。提出了同向对辊破壳方式实现多次小位移破壳,并进行了试验验证,优化结果表明两辊转速分别为33、28 r/min、破壳间隙为33 mm时,破壳率为96.9%,整仁率为84.3%,与传统对向旋转破壳方式相比,破壳率、整仁率分别提高7.7、3.2个百分点,研究结果可为核桃破壳效果的提升提供理论参考。 展开更多
关键词 核桃 有限元耦合离散单元法 挤压-剪切 脱壳率 整仁率
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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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