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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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含水沙土颗粒离散元接触模型参数标定及试验 被引量:1
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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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基于离散元法的油橄榄果实建模及杨氏模量参数灵敏度的分析
3
作者 徐天月 于涵 +4 位作者 黄东岩 于亚军 李春荣 勾岩 王景立 《农业工程学报》 北大核心 2025年第9期175-182,共8页
为设计和优化油橄榄果实采收设备,应用离散元法对油橄榄果实进行准确地建模和分析,需要对其几何模型进行构建,对其接触参数进行合理地选取,并对其杨氏模量参数灵敏度进行必要地分析。该研究依据离散元法多球建模理论,对皮瓜尔、佛奥、... 为设计和优化油橄榄果实采收设备,应用离散元法对油橄榄果实进行准确地建模和分析,需要对其几何模型进行构建,对其接触参数进行合理地选取,并对其杨氏模量参数灵敏度进行必要地分析。该研究依据离散元法多球建模理论,对皮瓜尔、佛奥、莱星、鄂植8号4个品种的油橄榄果实均建立了5、9、13球颗粒模型,并利用EDEM软件中的自动填充功能依次建立13球、基于0光滑度和2光滑度的多球模型,每个品种均建立6个离散元多球模型。通过对比手动填充和自动填充模型的体积比发现,其体积均接近实际种子颗粒外形,且手动填充模型的填充球数较少。同时,对油橄榄果实的接触参数(弹性模量、静摩擦系数、滚动摩擦系数以及碰撞恢复系数等)进行了测量。进一步地,为验证模型精度,采用旋转毂仿真试验与实际试验对比,结果表明组合球数目越少,其动态休止角就越趋近于实际试验的测量值,综合考虑计算时间得出皮瓜尔、佛奥、莱星、鄂植8号的最优组合球数目均为手动填充5球。通过对料仓堆积试验、颗粒-壁面碰撞试验过程的仿真分析,研究了杨氏模量数值的改变对多球组合单个颗粒及颗粒群体运动的影响。结果表明,随着杨氏模量数值的增大,颗粒-颗粒的叠合量降低,促使堆积高度增加,并导致仿真计算时间增加。此外,随着杨氏模量数值的增大,颗粒-颗粒或颗粒-边界接触碰撞时叠合量随之减少,进而造成接触点数量的减少。该研究更好地理解了离散元仿真结果与杨氏模量之间的关系,从多个维度评价了所建立模型的适用性。所建立的离散元模型及接触参数对油橄榄果实采收设备的设计及优化具有一定的工程应用价值。 展开更多
关键词 建模 休止角 杨氏模量 离散元法
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基于离散元法的路基填料软岩颗粒破碎特性及关键因素分析
4
作者 陆瑞 罗强 +2 位作者 王腾飞 蒋良潍 张良 《铁道学报》 北大核心 2025年第4期155-164,共10页
软岩颗粒破碎特性对路基填料路用性能具有重要影响。通过构建考虑岩质矿物组分的等效晶质模型(GBM),开展模拟软岩颗粒点荷载强度和压碎值试验的离散元仿真,分析元素单元间黏结强度细观参数与点荷载强度I_(s)、压碎值CA的映射关系;采用... 软岩颗粒破碎特性对路基填料路用性能具有重要影响。通过构建考虑岩质矿物组分的等效晶质模型(GBM),开展模拟软岩颗粒点荷载强度和压碎值试验的离散元仿真,分析元素单元间黏结强度细观参数与点荷载强度I_(s)、压碎值CA的映射关系;采用正交设计方法,讨论土体结构、颗粒强度、填料密度3因素影响软岩填料CA的主次关系。研究表明:GBM能较好描述非均质软岩颗粒沿非最小截面破坏的特征;I_(s)主要受矿物间元素黏结折减系数α_(1)影响,CA决定于晶格内元素黏结折减系数α_(2);土体结构为影响路基填料软岩颗粒破碎的主导因素,颗粒强度、堆积密度次之。路基软岩填料宜采用骨架密实型土体结构及较高的压实指标,以增强抗破碎能力。 展开更多
关键词 软岩颗粒破碎 等效晶质模型 点荷载强度 压碎值 离散元法
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基于模型试验的海底管道落锚贯入量研究
5
作者 邵强 徐启龙 +4 位作者 徐庆磊余杨 段庆昊 马文韬 金子航 刘晓伟 《中国海上油气》 北大核心 2025年第4期204-213,共10页
船舶抛锚冲击是航道区海底管道服役安全的主要威胁,工程中普遍采用回填土体技术实现防护。为研究触底速度、锚重、土体性质对于回填土体保护作用影响,通过开展落锚冲击回填土体的室外大比尺物理模型试验,同时采用耦合欧拉-拉格朗日方法... 船舶抛锚冲击是航道区海底管道服役安全的主要威胁,工程中普遍采用回填土体技术实现防护。为研究触底速度、锚重、土体性质对于回填土体保护作用影响,通过开展落锚冲击回填土体的室外大比尺物理模型试验,同时采用耦合欧拉-拉格朗日方法和离散元方法,分别进行黏土、砂土和碎石的有限元数值模拟,测试不同回填材料下,模型锚在一定回填厚度海床上的贯入深度。通过改变回填材料类型(黏土、砂土、碎石)、模型锚质量、落锚水深及触底速度,获取落锚对回填土体的冲击深度及其动态运动过程,探究并归纳了落锚质量、触底速度与贯入深度之间的数学关系,为海底管道设计埋设深度提供数据支持。研究表明:①两种数值模拟方法与试验结果高度吻合,欧拉-拉格朗日法适用于黏性土与砂土模拟,耦合有限元-离散元法对碎石模拟精度更高;②贯入深度随触底速度和锚重增大而递增,水深小于20 m时贯入深度随水深增加而减小,水深超20 m后趋于稳定;③1.5 m回填厚度可抵御极端冲击,防护效果表现为碎石>砂土>黏土,且触底速度较大时碎石的防护优势更显著;④建立的不同锚重下触底速度与贯入深度的数学关系式,可快速推算特定工况的贯入深度。研究成果可为海底管道回填材料选型与埋设深度优化设计提供支撑依据。 展开更多
关键词 落锚冲击 离散元法 耦合欧拉-拉格朗日法 贯入深度 模型试验 海底管道
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基于离散元的‘鲁丽’苹果仿真接触参数标定
6
作者 付函 吴志治 +3 位作者 段洁利 余绍政 刘烽 郑海乐 《华南农业大学学报》 北大核心 2025年第3期407-418,共12页
【目的】构建基于离散元法的苹果颗粒模型,并精确标定其仿真接触参数。【方法】采用球形颗粒组成的方式构建‘鲁丽’苹果离散元模型,通过对比分析确定最合适的球形颗粒半径。采用试验与仿真相结合的方法,确定恢复系数和摩擦系数等接触... 【目的】构建基于离散元法的苹果颗粒模型,并精确标定其仿真接触参数。【方法】采用球形颗粒组成的方式构建‘鲁丽’苹果离散元模型,通过对比分析确定最合适的球形颗粒半径。采用试验与仿真相结合的方法,确定恢复系数和摩擦系数等接触参数。通过方差分析评估苹果接触部位、果实质量和材料类型对接触参数的影响。调整仿真参数以复现不同试验条件,结合数据拟合得到参数方程,并进行验证。【结果】苹果的接触部位对其恢复系数的影响不显著。确定了颗粒半径为2 mm的苹果离散元模型,并以此为准,标定了苹果与特高密度和高密度泡棉的恢复系数、静摩擦系数、滚动摩擦系数分别为0.61和0.47、0.46和0.61、0.0166和0.0288,而苹果相互之间的对应参数分别为0.65、0.42和0.0320。通过无底圆筒提升试验验证了标定参数的有效性。【结论】成功构建了苹果离散元模型,研究可为振动收获中接近承接或采后处理装置的设计优化提供理论依据。 展开更多
关键词 力学 离散元法 苹果颗粒模型 接触参数 虚拟标定
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非饱和细粒土离散元模拟及弹塑性本构模型研究
7
作者 罗伟 盛登强 +4 位作者 姚英全 李杨 田健秋 杨有莲 刘明星 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第5期137-144,共8页
非饱和土的孔隙中同时存在气体和液体,因而展现出与饱和土完全不同的力学特性,非饱和土力学特性的描述是非饱和土研究中的重要课题。从细微观物理机制出发,在离散元中建立了液桥模型,结合描述土颗粒接触作用的线性模型,提出非饱和土的... 非饱和土的孔隙中同时存在气体和液体,因而展现出与饱和土完全不同的力学特性,非饱和土力学特性的描述是非饱和土研究中的重要课题。从细微观物理机制出发,在离散元中建立了液桥模型,结合描述土颗粒接触作用的线性模型,提出非饱和土的离散元模型,进行了非饱和细粒土的等吸力三轴压缩试验,分析了非饱和土的应力-应变特性;此外,在弹塑性理论框架下基于非饱和土的有效应力和状态参数构建了非饱和细粒土的本构模型,并与离散元模拟结果进行了对比。结果表明:离散元模型能正确模拟细粒土的强度和体缩量随着净围压增大而增大的现象,也能正确描述非饱和细粒土的强度和体胀量显著大于干态细粒土的现象;气连通状态下非饱和细粒土的强度和体缩量随着基质吸力的减小(即饱和度的增大)而增大,随着净围压的增大基质吸力对非饱和细粒土的强度和体缩量影响逐渐减小;构建的本构模型能正确描述非饱和细粒土随净围压和基质吸力的演化规律,本构模型计算结果能较好地反映离散元模拟结果。 展开更多
关键词 非饱和细粒土 液桥模型 离散元 弹塑性本构模型
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基于离散元法的挖掘机燃油效率预测模型
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作者 丁保安 潘浩然 +3 位作者 程市 田月 王峰 陈岩 《机床与液压》 北大核心 2025年第13期190-195,共6页
为了优化挖掘机的燃油效率,研究挖掘机作业物料的特性,基于离散元法建立挖机负载模型,并进一步搭建挖机整车性能仿真平台。针对实际作业条件,分析发动机转速、掉速系数和设定功率等控制参数对挖掘机作业工作效率、小时油耗以及燃油效率... 为了优化挖掘机的燃油效率,研究挖掘机作业物料的特性,基于离散元法建立挖机负载模型,并进一步搭建挖机整车性能仿真平台。针对实际作业条件,分析发动机转速、掉速系数和设定功率等控制参数对挖掘机作业工作效率、小时油耗以及燃油效率的影响。基于建立的仿真模型,通过响应面分析法,建立以燃油效率为预测目标的数学模型,并得到一组最优参数组合。最后,为验证燃油效率预测模型的准确性,对最优参数进行仿真与实测验证。结果表明:联合仿真得到的效率、油耗及燃油效率与实际的趋势误差在2%以内,证实联合仿真分析方法适用于挖掘机的挖掘作业性能分析;燃油效率实测与仿真结果误差为13.9%,预测与仿真结果误差为1.9%,表明该预测模型适用于挖机控制参数对燃油效率的预测。 展开更多
关键词 液压挖掘机 预测模型 燃油效率 离散元法
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Permanent deformation and prediction model of construction and demolition waste under repeated loading 被引量:7
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作者 HUANG Chao ZHANG Jun-hui +2 位作者 ZHANG An-shun LI Jue WANG Xin-yu 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第4期1363-1375,共13页
This study aims to reveal the macroscopic permanent deformation(PD)behavior and the internal structural evolution of construction and demolition waste(CDW)under loading.Firstly,the initial matric suction of CDW was me... This study aims to reveal the macroscopic permanent deformation(PD)behavior and the internal structural evolution of construction and demolition waste(CDW)under loading.Firstly,the initial matric suction of CDW was measured by the filter paper method.Secondly,the PD of CDW with different humidity and stress states was investigated by repeated load triaxial tests,and a comprehensive prediction model was established.Finally,the discrete element method was performed to analyze the internal structural evolution of CDW during deformation.These results showed that the VAN-GENUCHTEN model could describe the soil-water characteristic curve of CDW well.The PD increases with the increase of the deviator stress and the number of cyclic loading,but the opposite trend was observed when the initial matric suction and confining pressure increased.The proposed model in this study provides a satisfactory prediction of PD.The discrete element method could accurately simulate the macroscopic PD of CDW,and the shear force,interlock force and sliding content increase with the increase of deviator stress during the deformation.The research could provide useful reference for the deformation stability analysis of CDW under cyclic loading. 展开更多
关键词 construction and demolition waste subgrade filler permanent deformation discrete element method prediction model
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库车坳陷西部阿瓦特—博孜地区构造变形差异及数值模拟分析 被引量:3
10
作者 谢会文 陈龙 +3 位作者 吴超 陈汉林 顾成龙 程晓敢 《地质科学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1082-1097,共16页
库车坳陷西部的阿瓦特-博孜地区位于构造挤压转换区,沿走向构造变形差异显著。本文基于最新的三维地震资料和离散元数值模拟方法,对该区域进行了精细的地质建模,模拟了其形成演化过程,讨论了差异变形的控制因素。阿瓦特地区盐下沿克深... 库车坳陷西部的阿瓦特-博孜地区位于构造挤压转换区,沿走向构造变形差异显著。本文基于最新的三维地震资料和离散元数值模拟方法,对该区域进行了精细的地质建模,模拟了其形成演化过程,讨论了差异变形的控制因素。阿瓦特地区盐下沿克深断裂远距离逆冲推覆,形成上下叠置的两套沿侏罗系煤层滑脱的逆冲体系;盐上发育厚度较小的阿瓦特凹陷;盐构造以不整合型为主。博孜地区盐下在克深断裂以北为高角度基底卷入变形,以南为沿煤层的滑脱,整体为楔形叠瓦冲断构造;盐上发育厚度巨大的拜城凹陷;盐构造以整合型为主。模拟结果表明,温宿古隆起限制了中生界至古近系的沉积范围,阻碍了变形的向前传递,是造成阿瓦特-博孜地区变形差异性的最主要原因。先存盐底辟构造和南天山的差异挤压作用对该区域的差异变形也具有一定的控制作用。综合地震剖面解释和数值模拟结果的演化过程表明,该区域构造活动具有由弱到强的变化趋势,构造变形开始于早中新世吉迪克组沉积时期,在上新世早期康村组沉积之后发生显著的构造加速事件。 展开更多
关键词 库车坳陷西部 构造建模 离散元数值模拟 古隆起 差异变形 盐底辟
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基于离散元法的盾尾同步注浆扩散及参数优化研究 被引量:2
11
作者 曹洋 刘杨 +2 位作者 张超宇 杨俊杰 李国政 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2119-2128,共10页
为观察盾构施工中同步注浆扩散规律,并提出注浆参数调控手段,以滨海砂土地层为目标,设计并开展盾尾同步注浆模型试验,获得隧道外侧不同位置浆液扩散规律。在借助试验结果标定离散元模型中各颗粒间接触参数的基础上,建立盾尾同步注浆连续... 为观察盾构施工中同步注浆扩散规律,并提出注浆参数调控手段,以滨海砂土地层为目标,设计并开展盾尾同步注浆模型试验,获得隧道外侧不同位置浆液扩散规律。在借助试验结果标定离散元模型中各颗粒间接触参数的基础上,建立盾尾同步注浆连续-离散元耦合模型,模拟浆液填充渗透过程,对照试验结果分析导致注浆层厚度差异的主要原因,进而通过调整注浆参数优化浆液填充效果。结果表明:离散元仿真模型中的颗粒运移特性能够有效展示浆液在盾尾间隙及周边土层中的填充、渗透现象;受流动性影响,浆液较易在注浆孔口聚集,而若注浆压力不足,将导致距离注浆孔较远的隧道上、下侧浆液层均匀性不良,通过调整不同部位注浆孔压力配比关系,可有效改善填充效果;注浆层受土层压力影响,隧道上方厚度相对下侧较薄,而侧面浆液在自身重力作用下向下沉积,呈上薄下厚分布。 展开更多
关键词 盾构隧道 同步注浆 浆液扩散 模型试验 离散元法 参数优化
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基于离散单元法的渗流侵蚀作用下桩基位移与承载特性研究 被引量:1
12
作者 张冬梅 张学亮 杜伟伟 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1181-1189,1200,共10页
随着城市地下空间桩基与隧道立体交叉分布体系的日渐复杂,隧道渗流侵蚀引发的桩基稳定性问题越发突出。然而,目前关于隧道破损引发渗流侵蚀方面的研究工作主要聚焦于侵蚀发生机制方面,其与邻近桩基的相互作用尚欠关注。因此,在物理试验... 随着城市地下空间桩基与隧道立体交叉分布体系的日渐复杂,隧道渗流侵蚀引发的桩基稳定性问题越发突出。然而,目前关于隧道破损引发渗流侵蚀方面的研究工作主要聚焦于侵蚀发生机制方面,其与邻近桩基的相互作用尚欠关注。因此,在物理试验揭示渗流侵蚀机制的基础上,通过建立土体临界细粒含量表达式,量化表征了地层侵蚀形态;随后,采用随机定量删除细颗粒的方法,基于离散单元法DEM建立了多区域侵蚀地层模型,进而分析了不同桩基位置、沉桩方式、桩基荷载和基础类型条件下桩基结构的侵蚀响应特征。结果表明,桩基受侵蚀后均产生不同程度的下沉位移,并在不平衡力的驱动下向侵蚀区倾斜;桩端阻力受损后随桩体下沉逐渐上升,侧摩阻力损失则基本无法恢复。此外,不同沉桩方式与桩基荷载下,桩体的位移与阻力变化模式基本一致,主要是变化量的不同;相比单桩,群桩具有更好的抗侵蚀能力。 展开更多
关键词 模型试验 离散单元法 侵蚀地层模型 影响因素 桩基响应
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滩涂土壤离散元接触模型优化与现场铲削试验 被引量:3
13
作者 梁喜凤 胡泽 +1 位作者 郑立文 王永维 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期107-115,共9页
为解决现有离散元接触模型对滩涂土壤特性表征准确性差的问题,该研究基于离散元仿真软件EDEM的API二次开发功能,以Hertz-Mindlin接触模型为基础,通过增加塑性、粘附特征并更改切向滑动摩擦力,得到优化后的高湿黏弹塑性(moist elasto-pla... 为解决现有离散元接触模型对滩涂土壤特性表征准确性差的问题,该研究基于离散元仿真软件EDEM的API二次开发功能,以Hertz-Mindlin接触模型为基础,通过增加塑性、粘附特征并更改切向滑动摩擦力,得到优化后的高湿黏弹塑性(moist elasto-plastic adhesion,MEPA)模型。通过模拟活塞拔出试验,结合Plackett-Burman试验筛选出影响标定指标的显著参数,完成接触模型参数标定。搭建了铲削试验平台进行现场铲削试验,对比分析了MEPA模型、JKR模型、EEPA模型以及Bonding模型的土壤特性表征效果。试验结果表明,在铲削阻力方面,MEPA模型较JKR模型、EEPA模型和Bonding模型的仿真精度分别提升约65.957%、74.206%和59.326%;相较于现场试验结果,MEPA模型的堆积厚度与侧边距相对误差分别为5.598%和6.362%,两者均保持在10%以内,能够较好地模拟滩涂土壤,对滩涂工作装置的工况模拟和优化设计具有重要意义。 展开更多
关键词 土壤 模型 试验 离散元法 EDEM二次开发 铲削阻力
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基于离散元方法的复合绝缘子表面污秽沉积模型 被引量:1
14
作者 刘冬雄 杨忠毅 +3 位作者 曾祥君 汤涛 范必双 范才进 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2225-2236,共12页
污秽颗粒在复合绝缘子表面的沉积会影响其电气特性,导致沿面放电甚至污秽闪络的发生,从微观的角度探究其沉积机理,能够为电力系统的稳定运行提供理论依据。文中基于JKR接触力学理论,通过传统牛顿力学法和离散元方法分别对颗粒碰撞过程... 污秽颗粒在复合绝缘子表面的沉积会影响其电气特性,导致沿面放电甚至污秽闪络的发生,从微观的角度探究其沉积机理,能够为电力系统的稳定运行提供理论依据。文中基于JKR接触力学理论,通过传统牛顿力学法和离散元方法分别对颗粒碰撞过程中的受力情况进行分析,提出综合考虑法向碰撞、颗粒反弹速度的碰撞沉积模型。根据不同碰撞沉积模型进行仿真实验,将所得结果与现有实验结果进行比较。结果表明:对比牛顿力学方法,离散元方法得到的碰撞沉积模型更能准确预测SiO_(2)颗粒在复合绝缘子表面的沉积情况。绝缘子表面颗粒沉积数随粒径的增大呈先增大后减小的趋势,在粒径20μm时达到最大沉积数。改变风向,绝缘子串中压端与高压端NSDD的比值随风向角度的增大而减小,下表面与上表面NSDD的比值随角度的增大而减小。绝缘子表面颗粒沉积数随风速的增大呈先增大后减小的趋势,并在±30º时达到最大。该文模型能够更为准确的描述污秽颗粒在绝缘子表面的沉积过程,研究结果有助于完善复合绝缘子表面污秽沉积机理。 展开更多
关键词 复合绝缘子 污秽颗粒 离散元方法 碰撞沉积 模型对比
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螺旋推进式滩涂贝类采捕设备行走装置研制 被引量:1
15
作者 梁喜凤 陆鑫煜 +1 位作者 郑立文 王永维 《农业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第24期11-19,共9页
针对目前滩涂贝类采捕设备存在驱动部件沉陷量大、装置运载能力差等问题,设计了一种基于螺旋推进原理的滩涂运输行走装置,并对该行走装置进行结构设计与样机试验。利用DEM-MED(discrete element method-multibody dynamics)耦合仿真技术... 针对目前滩涂贝类采捕设备存在驱动部件沉陷量大、装置运载能力差等问题,设计了一种基于螺旋推进原理的滩涂运输行走装置,并对该行走装置进行结构设计与样机试验。利用DEM-MED(discrete element method-multibody dynamics)耦合仿真技术,对影响行走装置工作性能的螺旋叶片升角、厚度以及高度等关键结构参数进行仿真模拟。并以仿真结果为依据设计三因素三水平正交试验,获得螺旋升角、叶片高度、厚度的最优组合为叶片升角25°,叶片高度150 mm,叶片厚度7.5 mm。试制试验样机并进行空载和负载工作性能试验。结果表明:行走装置在空载、负载10和15 kg时的滑转率分别为46.92%、63.48%以及58.35%,滑转率随负载的增加呈上升趋势;沉陷量分别为47.59、60.09和70.22 mm,与负载呈正比例关系,比例系数1.512;系统的额定负载约为8 kg,极限负载约为21.61 kg,在滩涂环境中具有较好的运载能力。研究结果可为开发适应性与工作效率更高的滩涂贝类采捕设备奠定基础。 展开更多
关键词 土壤 模型 试验 螺旋驱动 离散元法
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水平振动式滚磨光整加工残余应力离散元有限元耦合仿真与实验研究 被引量:2
16
作者 田涛 李文辉 +2 位作者 温学杰 李秀红 杨胜强 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1667-1676,共10页
为探究水平振动式滚磨光整加工对零件表面残余应力的影响,提出一种适用于动态零件的离散元有限元(DEM-FEM)耦合仿真方法。分析了振动周期内颗粒运动状态以及颗粒间平均接触力的变化,构建了颗粒与零件间的随机接触模型,开展了不同振动参... 为探究水平振动式滚磨光整加工对零件表面残余应力的影响,提出一种适用于动态零件的离散元有限元(DEM-FEM)耦合仿真方法。分析了振动周期内颗粒运动状态以及颗粒间平均接触力的变化,构建了颗粒与零件间的随机接触模型,开展了不同振动参数下的残余应力仿真,并进行了实验验证。研究结果表明:随着振动强度的增大,容器内颗粒运动更加剧烈,颗粒与零件间有效法向接触力发生概率及均值增大,导致零件表面残余压应力呈增大趋势。残余应力仿真值与实验值对振动参数的响应趋势一致,误差在3.6%~11.3%之间。 展开更多
关键词 离散元有限元 水平振动式滚磨光整加工 残余应力 颗粒运动 随机接触模型
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三七种植土壤离散元仿真模型参数标定 被引量:2
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作者 王法安 曾悦 +3 位作者 张兆国 解开婷 李东昊 何忠平 《华南农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期588-597,共10页
[目的]获取三七Panax notoginseng种植土壤与触土部件相互作用的离散元仿真模型参数。[方法]基于Hertz-Mindlin with JKR接触模型建立三七种植土壤离散元模型并进行参数标定。首先,以土壤颗粒间及土壤-65Mn钢板间的JKR表面能、恢复系数... [目的]获取三七Panax notoginseng种植土壤与触土部件相互作用的离散元仿真模型参数。[方法]基于Hertz-Mindlin with JKR接触模型建立三七种植土壤离散元模型并进行参数标定。首先,以土壤颗粒间及土壤-65Mn钢板间的JKR表面能、恢复系数、静摩擦系数、动摩擦系数为试验因素,以土壤堆积角、土壤在65Mn板上的滚动距离为评价指标。其次,采用基于Box-Behnken的响应面优化方法建立土壤堆积角、滚动距离回归模型。[结果]对回归模型进行寻优,得到仿真标定的土壤颗粒间JKR表面能、恢复系数、静摩擦系数和动摩擦系数的最优值分别为14.88 J/m2、0.53、0.46和0.150,标定的土壤-65Mn板间JKR表面能、恢复系数、静摩擦系数和动摩擦系数的最优值分别为7.02 J/m2、0.59、0.57和0.058。通过三七挖掘铲仿真试验与土槽试验对比分析得到,挖掘铲受X、Y轴方向平均阻力仿真值与实测值相对误差分别为9.91%、8.78%。[结论]标定的离散元土壤模型参数准确度高,研究可为三七收获机触土部件及装备优化提供理论参考。 展开更多
关键词 三七 离散元法 参数标定 堆积角 JKR接触模型
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力-热耦合作用下煤岩动力学特性和破碎机理研究 被引量:2
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作者 李鹏龙 罗宁 +2 位作者 索云琛 柴亚博 孙锐 《爆破》 CSCD 北大核心 2024年第4期8-17,60,共11页
为了安全高效地进军深部煤炭资源开采,开展深地“三高一扰动”环境下煤岩的动态力学特性和破碎机理研究,采用自主改进的∅50 mm高温同步分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对25~200℃温度下煤岩进行动态冲击试验研究,并改进ZWT粘弹性本... 为了安全高效地进军深部煤炭资源开采,开展深地“三高一扰动”环境下煤岩的动态力学特性和破碎机理研究,采用自主改进的∅50 mm高温同步分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对25~200℃温度下煤岩进行动态冲击试验研究,并改进ZWT粘弹性本构模型建立考虑温度效应的煤岩动态本构方程,基于有限差分-离散元数值模拟研究高温效应对煤岩裂纹发育规律及其动态强度的影响。研究表明:高温冲击作用下煤岩的动态应力应变曲线可划分为四个阶段:压密阶段、弹性阶段、裂纹增长阶段和软化失效阶段;随着温度的增加,煤岩的动态抗压强度和动态弹性模量劣化明显,失效应变呈现增加趋势,吸收能则呈现W型波动趋势;破碎粒径减小,分形维数则呈现明显的线性增加,抗压强度越低,破碎程度越高,破碎模式更为复杂;基于ZWT改进后的动态本构模型良好地表达高温冲击后的应力应变关系,但对压密阶段的表达不甚理想;模拟和试验结果显示煤岩在150℃高温后水成分和吸附气体活跃析出,煤基质受热膨胀破裂,出现明显细观裂纹,并逐渐发育为贯通裂纹,其中以剪切裂纹为主。煤岩在100℃下动态压缩的裂纹发育从受撞击面发育贯通,高温劣化煤岩强度。研究结论为“三高一扰动”深部复杂地况下煤炭资源安全高效开采提供基础理论支持。 展开更多
关键词 深部煤岩 力-热耦合 分离式霍普金森压杆 动态本构模型 有限差分-离散元
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基于杆系离散元理论考虑构件断裂的单层网壳结构倒塌破坏模拟研究 被引量:1
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作者 叶继红 许强 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期1-9,共9页
塑性铰模型计算效率高,可快速获得结构宏观破坏模式,韧性断裂损伤模型从微观机制揭示钢材的断裂机理,可较准确预测钢材的断裂行为。为此,该文基于杆系离散元理论,将两者联合建立构件断裂模拟算法,既具有计算效率高的优势又保证构件断裂... 塑性铰模型计算效率高,可快速获得结构宏观破坏模式,韧性断裂损伤模型从微观机制揭示钢材的断裂机理,可较准确预测钢材的断裂行为。为此,该文基于杆系离散元理论,将两者联合建立构件断裂模拟算法,既具有计算效率高的优势又保证构件断裂模拟的精度。首先介绍杆系离散元法的基本理论,以及宏观塑性铰模型和微观韧性断裂损伤模型具体计算流程;然后给出将两者联合分析的具体实施策略,即以接触截面边缘最不利点处的应力作为整个截面的应力状态,进而调用韧性断裂损伤模型。最后采用Fortran语言编制相应的分析程序,并通过悬臂梁断裂算例和单层网壳振动台倒塌试验,验证该算法对模拟杆件断裂行为的可行性和有效性。杆系离散元法模拟构件断裂时,截面发生开裂,颗粒间发生脱离是一个自然的过程,无需其他任何修正即可实现结构由连续体状态向断裂后非连续体状态过渡,与有限元方法相比,不存在网格畸变重划分、迭代不收敛的问题,更具计算优势,为大跨空间网壳结构倒塌破坏分析提供新的计算手段。 展开更多
关键词 杆系离散元法 断裂 单层网壳结构 塑性铰模型 韧性断裂损伤模型
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月球车与月壤交互作用的离散元-多体动力学耦合建模 被引量:1
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作者 徐鸿 雷波 刘锦阳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期239-249,共11页
目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discre... 目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discrete element method, DEM)和多体动力学(multibody dynamics, MBD)笛卡尔方法建立了散体球形颗粒和含约束多体系统的动力学模型,并基于Hertz-Mindlin模型计算颗粒与刚体的接触力,在此基础上给出顺序耦合策略,建立了离散元和多体耦合的动力学模型。针对月球车齿状车轮的非光滑表面与颗粒之间接触检测规模庞大的问题,提出了非光滑形状物体的分区域局部检测方法,降低了局部检测的规模。通过对比圆柱体冲击颗粒的试验和仿真结果,验证了离散元-多体耦合模型的准确性。在耦合动力学建模和接触算法研究的基础上,对具有齿状车轮的月球车在月壤上行驶过程进行动力学仿真,研究不同驱动参数下的系统动力学特性以及不同轮胎形状对行驶运动的影响,研究结果表明,交错形轮齿的月球车相较直齿形轮齿前进距离多14%,前进效率较高,该研究对月球车的设计具有理论指导意义。 展开更多
关键词 离散元方法(DEM) 多体动力学(MBD) 月球车 耦合建模 高效接触检测
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