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Understanding roof deformation mechanics and parametric sensitivities of coal mine entries using the discrete element method 被引量:11
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作者 Rami Abousleiman Gabriel Walton Sankhaneel Sinha 《International Journal of Mining Science and Technology》 SCIE EI CSCD 2020年第1期123-129,共7页
Although conventional coal mine designs are conservative regarding pillar strength,local failures such as roof-falls and pillar bursts still affect mine safety and operations.Previous studies have identified that disc... Although conventional coal mine designs are conservative regarding pillar strength,local failures such as roof-falls and pillar bursts still affect mine safety and operations.Previous studies have identified that discontinuous,layered roof materials have some self-supporting capacity.This research is a preliminary step towards understanding these mechanics in coal-measure rocks.Although others have considered broad conceptual models and simplified analogs for mine roof behavior,this study presents a unique numerical model that more completely represents in-situ roof conditions.The discrete element method(DEM)is utilized to conduct a parametric analysis considering a range of in-situ stress ratios,material properties,and joint networks to determine the parameters controlling the stability of single-entries modeled in two-dimensions.Model results are compared to empirical observations of roof-support effectiveness(ARBS)in the context of the coal mine roof rating(CMRR)system.Results such as immediate roof displacement,overall stability,and statistical relationships between model parameters and outcomes are presented herein.Potential practical applications of this line of research include:(1)roof-support optimization for a range of coal-measure rocks,(2)establishment of a relationship between roof stability and pillar stress,and(3)determination of which parameters are most critical to roof stability and therefore require concentrated evaluation. 展开更多
关键词 Numerical modeling discrete element method Coal mine ROOF rating ANALYSIS of ROOF bolt systems Sensitivity ANALYSIS Strain SOFTENING ubiquitous joints discrete fracture network
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A New 3D Meso-mechanical Modeling Method of Coral Aggregate Concrete Considering Interface Characteristics 被引量:1
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作者 CHEN Boyu YU Hongfa ZHANG Jinhua 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2022年第S01期98-105,共8页
On the basis of the three-dimensional(3D)random aggregate&mortar two-phase mesoscale finite element model,C++programming was used to identify the node position information of the interface between the aggregate an... On the basis of the three-dimensional(3D)random aggregate&mortar two-phase mesoscale finite element model,C++programming was used to identify the node position information of the interface between the aggregate and mortar elements.The nodes were discretized at this position and the zero-thickness cohesive elements were inserted.After that,the crack energy release rate fracture criterion based on the fracture mechanics theory was assigned to the failure criterion of the interface transition zone(ITZ)elements.Finally,the three-phase mesomechanical model based on the combined finite discrete element method(FDEM)was constructed.Based on this model,the meso-crack extension and macro-mechanical behaviour of coral aggregate concrete(CAC)under uniaxial compression were successfully simulated.The results demonstrated that the meso-mechanical model based on FDEM has excellent applicability to simulate the compressive properties of CAC. 展开更多
关键词 coral aggregate concrete(CAC) finite discrete element method 3D meso-mechanical model fracture cracks C++
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两种隔断的石笼网垫单元体冲刷数值模拟研究
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作者 王迪 周成 +2 位作者 黄良誉 何宁 钟启明 《水道港口》 2025年第1期87-95,共9页
石笼网垫生态护岸因其良好的整体性、透水性、耐腐蚀性、抗冲刷性和环境适应性,被广泛应用于我国河道岸坡治理中,但是传统石笼网垫是用网片作为隔断,需耗费大量人力绑扎和填石料,施工困难。为此,研发设计了新型石笼网垫,将传统的网片隔... 石笼网垫生态护岸因其良好的整体性、透水性、耐腐蚀性、抗冲刷性和环境适应性,被广泛应用于我国河道岸坡治理中,但是传统石笼网垫是用网片作为隔断,需耗费大量人力绑扎和填石料,施工困难。为此,研发设计了新型石笼网垫,将传统的网片隔断替换为胶结碎石格构隔断,这样碎石填料和隔断可以一起碾压,能极大提高施工效率。为了探究新型石笼网垫的抗冲蚀性,利用CFD_DEM耦合分析软件,开展了石笼网垫单元体的冲刷数值模拟研究,探究传统与新型石笼网垫单元体的逊径流失累积量随冲刷时间的变化规律,并得出流失的逊径颗粒在冲刷流失过程中的运动轨迹线及其在流失过程中的流速,同时进一步开展了探究不同冲刷流速、岸坡倾角下新型石笼网垫单元体抗冲刷效果的数值模拟。研究结果为推广新型石笼网垫护岸结构的设计与施工提供参考。 展开更多
关键词 生态护岸 石笼网垫 单元体冲刷 数值模拟 离散元 EDEM模型
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超静定储运装置仿真分析及结构优化
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作者 付应海 唐文评 +2 位作者 石勇 胡山 曹金舒 《包装学报》 2025年第1期40-46,共7页
基于ANSYS Workbench建立了重型装备与储运装置的三维模型、离散化模型、接触模型。以储存与起吊为典型工况,计算了超静定储运装置的刚度和强度状态;基于Mises屈服理论,对储运装置的强度进行评估;通过调整承载部位刚度,优化了储运装置... 基于ANSYS Workbench建立了重型装备与储运装置的三维模型、离散化模型、接触模型。以储存与起吊为典型工况,计算了超静定储运装置的刚度和强度状态;基于Mises屈服理论,对储运装置的强度进行评估;通过调整承载部位刚度,优化了储运装置各承载部位力的分配,提高了储运装置钢架节点受力合理性。研究结果表明,有限元方法能够为超静定结构的储运装置提供设计和优化依据。 展开更多
关键词 超静定结构 储运装置 有限元方法 离散化模型 起吊 屈服理论
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Modeling screening efficiency with vibrational parameters based on DEM 3D simulation 被引量:14
5
作者 CHEN Yanhua TONG Xin 《Mining Science and Technology》 EI CAS 2010年第4期615-620,共6页
The efficiency of particle screening was studied over a range of vibrational parameters including amplitude, frequency and vibrational direction. The Discrete Element Method (DEM) was used to simulate the screening pr... The efficiency of particle screening was studied over a range of vibrational parameters including amplitude, frequency and vibrational direction. The Discrete Element Method (DEM) was used to simulate the screening process. A functional relationship between efficiency and the parameters, both singly and combined, is established. The function is a complicated exponential. Optimal amplitude and frequency values are smaller for particles near the mesh and larger for other particles. The optimum vibration angle is 45° for nearly all kinds of particles. A transverse velocity, V⊥, was defined and V⊥=0.2 m/s was identified to be the most efficient operating point by both simulation and experimental observation. Comparison of these results with those reported by others is included. 展开更多
关键词 modelING screening efficiency discrete element method simulations
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Modeling of fiber bridging in fluid flow for well stimulation applications 被引量:5
6
作者 Mehdi Ghommem Mustapha Abbad +2 位作者 Gallyam Aidagulov Steve Dyer Dominic Brady 《Petroleum Science》 SCIE CAS CSCD 2020年第3期671-686,共16页
Accurate acid placement constitutes a major concern in matrix stimulation because the acid tends to penetrate the zones of least resistance while leaving the low-permeability regions of the formation untreated.Degrada... Accurate acid placement constitutes a major concern in matrix stimulation because the acid tends to penetrate the zones of least resistance while leaving the low-permeability regions of the formation untreated.Degradable materials(fibers and solid particles)have recently shown a good capability as fluid diversion to overcome the issues related to matrix stimulation.Despite the success achieved in the recent acid stimulation jobs stemming from the use of some products that rely on fiber flocculation as the main diverting mechanism,it was observed that the volume of the base fluid and the loading of the particles are not optimized.The current industry lacks a scientific design guideline because the used methodology is based on experience or empirical studies in a particular area with a particular product.It is important then to understand the fundamentals of how acid diversion works in carbonates with different diverting mechanisms and diverters.Mathematical modeling and computer simulations are effective tools to develop this understanding and are efficiently applied to new product development,new applications of existing products or usage optimization.In this work,we develop a numerical model to study fiber dynamics in fluid flow.We employ a discrete element method in which the fibers are represented by multi-rigid-body systems of interconnected spheres.The discrete fiber model is coupled with a fluid flow solver to account for the inherent simultaneous interactions.The focus of the study is on the tendency for fibers to flocculate and bridge when interacting with suspending fluids and encountering restrictions that can be representative of fractures or wormholes in carbonates.The trends of the dynamic fiber behavior under various operating conditions including fiber loading,flow rate and fluid viscosity obtained from the numerical model show consistency with experimental observations.The present numerical investigation reveals that the bridging capability of the fiber–fluid system can be enhanced by increasing the fiber loading,selecting fibers with higher stiffness,reducing the injection flow rate,reducing the suspending fluid viscosity or increasing the attractive cohesive forces among fibers by using sticky fibers. 展开更多
关键词 Fiber bridging Fiber flocculation modeling and numerical simulation discrete element method Fiber-fluid coupling Sensitivity analysis
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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
7
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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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:1
8
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
9
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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力-热耦合作用下煤岩动力学特性和破碎机理研究 被引量:1
10
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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碎冰模型形状对船舶碎冰阻力数值预报的影响
11
作者 张雨晴 何炎平 +3 位作者 陈哲 陈建美 任禹陪 颜绪 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第16期64-71,共8页
在数值模拟中,碎冰模型形状对于船舶碎冰阻力预报结果的准确性具有显著影响。本文以某极地环保多用途运输船为案例对象,研究7种数值碎冰模型形状对船舶碎冰阻力预报的影响,建立片状正方形、圆形、正五边形、正六边形、椭圆形、梯形和不... 在数值模拟中,碎冰模型形状对于船舶碎冰阻力预报结果的准确性具有显著影响。本文以某极地环保多用途运输船为案例对象,研究7种数值碎冰模型形状对船舶碎冰阻力预报的影响,建立片状正方形、圆形、正五边形、正六边形、椭圆形、梯形和不规则多边形数碎冰模型,采用CFD-DEM的方法对船舶碎冰阻力进行预报,并将结果与冰水池模型试验相对比。研究表明,7种形状碎冰模型均能很好模拟出模型试验现象,数值计算得到的碎冰阻力值均比模型试验结果高,片状圆形碎冰模型数值计算值高2.04%,在7种形状中误差最小。因此,在以阻力预报为目的船舶碎冰航道航行CFD-DEM数值计算中,建议采用片体形状为圆形的数值碎冰模型。 展开更多
关键词 冰区船舶 碎冰模型形状 离散元法 船舶阻力
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极地海冰动力过程的多面体离散元方法
12
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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矿石破碎颗粒黏结模型黏结键特征及表征
13
作者 王晓 薛玉君 +2 位作者 程波 刘俊 李济顺 《河南理工大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第2期41-48,共8页
目的针对矿石颗粒黏结模型与实际矿石破碎特性存在差异造成的仿真不准确问题,重点对不同粒级矿石颗粒黏结模型中的黏结键特征进行研究。方法依据矿石强度尺寸效应理论,设计铜矿石颗粒黏结模型中基础颗粒间的黏结键参数,应用离散元方法对... 目的针对矿石颗粒黏结模型与实际矿石破碎特性存在差异造成的仿真不准确问题,重点对不同粒级矿石颗粒黏结模型中的黏结键特征进行研究。方法依据矿石强度尺寸效应理论,设计铜矿石颗粒黏结模型中基础颗粒间的黏结键参数,应用离散元方法对30,40,60 mm三种粒级铜矿石矿样进行落重试验和破碎仿真。本文给出黏结键等效临界变形的概念,讨论了矿石落重试验t10和冲击能量的关系,探讨黏结键参数变化规律。结果结果表明,三种粒级铜矿石颗粒黏结模型破碎仿真与落重试验粒级质量分数的平均误差分别为1.75%,1.66%,1.84%,试验和仿真得到的破碎粒度质量分数具有很好的一致性;法向和切向等效临界变形可以表征黏结键强度,单位冲击能量下落重试验的tn10可以表征矿石强度。结论利用黏结键等效临界变形和tn10的对应关系确定黏结键参数,提高了矿石颗粒黏结模型的建模效率和仿真精度。 展开更多
关键词 颗粒黏结模型 黏结键 等效临界变形 离散元 矿石破碎
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基于离散元方法的千枚岩隧道掌子面稳定性研究
14
作者 王启志 张立舟 +2 位作者 朱海明 周成涛 陈林 《现代城市轨道交通》 2024年第7期65-71,共7页
千枚岩隧道在施工过程中由于围岩软弱破碎,易在掌子面附近发生失稳塌方。文章采用颗粒流软件PFC模拟炭质千枚岩三轴试验,标定围岩材料的细观参数,以此构建隧址区三维离散元数值计算模型,模拟隧道在不同开挖进尺和开挖方法下开挖支护全过... 千枚岩隧道在施工过程中由于围岩软弱破碎,易在掌子面附近发生失稳塌方。文章采用颗粒流软件PFC模拟炭质千枚岩三轴试验,标定围岩材料的细观参数,以此构建隧址区三维离散元数值计算模型,模拟隧道在不同开挖进尺和开挖方法下开挖支护全过程,分析隧道开挖后掌子面位移发展规律和开挖扰动区分布范围特征,揭示千枚岩隧道掌子面失稳机理。数值计算结果表明:随开挖进尺的增大,隧道开挖扰动区范围增大;在不同开挖方法中,台阶法的开挖扰动区范围最小。相关研究可为类似软弱破碎围岩隧道的设计和施工提供参考。 展开更多
关键词 千枚岩隧道 掌子面稳定性 离散元方法 PFC 缩尺模型
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基于离散元方法的旋回破碎机碎矿过程研究
15
作者 郭舟 陈伟 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第11期167-172,共6页
旋回破碎机运行工况复杂,影响破碎机破碎性能的因素众多,为实现旋回破碎机内矿石破碎过程的动态可视化观测和定量化表征,提出了一种基于离散元法与离散破碎模型的矿石颗粒破碎仿真方法,采用该方法对某矿山旋回破碎机矿石破碎过程展开数... 旋回破碎机运行工况复杂,影响破碎机破碎性能的因素众多,为实现旋回破碎机内矿石破碎过程的动态可视化观测和定量化表征,提出了一种基于离散元法与离散破碎模型的矿石颗粒破碎仿真方法,采用该方法对某矿山旋回破碎机矿石破碎过程展开数值模拟。通过建立与工业旋回破碎机结构一致的全尺寸物理模型,基于物理试验标定矿石颗粒力学特性参数,以旋回破碎机生产率作为主要评价指标,将仿真结果与现场生产情况进行对比,结果显示二者误差极小,验证了仿真模型的准确性和可靠性,为旋回破碎机运行优化研究提供了一种新方法。 展开更多
关键词 旋回破碎机 离散元方法 矿石破碎 数值仿真
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基于计算流体力学-离散单元法的U形管冲蚀磨损数值模拟研究
16
作者 梁景银 许磊 +1 位作者 陈文飞 包士毅 《高技术通讯》 CAS 北大核心 2024年第5期545-554,共10页
采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)和切向撞击能模型(SIEM)来研究气固两相流中高速煤粉颗粒冲击导致的U形弯管冲蚀磨损问题。分析了颗粒粒径、气体流速、固体颗粒形状对其冲蚀磨损特性的影响,并验证粗粒化模型应用于此磨损过程的准... 采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)和切向撞击能模型(SIEM)来研究气固两相流中高速煤粉颗粒冲击导致的U形弯管冲蚀磨损问题。分析了颗粒粒径、气体流速、固体颗粒形状对其冲蚀磨损特性的影响,并验证粗粒化模型应用于此磨损过程的准确性。结果表明,U形弯头的冲蚀磨损位置主要有3处;磨损率随粒径的增大呈现整体减小的趋势;U形管拱背磨损率随气速的增加而增大,且前2处磨损率峰值位置随气速的增加向入口方向偏移;长椭球对U形管造成的磨损最严重,扁椭球次之,球形最轻;粗粒化CFD-DEM能够基本准确预测U形管冲蚀磨损,且显著降低计算时间。 展开更多
关键词 气固两相流 计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM) U形管 冲蚀磨损 颗粒形状 粗粒化模型
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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
17
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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岩土球形颗粒体粒间接触力学特性及接触模型验证 被引量:1
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作者 张登 王子寒 肖成志 《河北工业大学学报》 CAS 2024年第1期89-96,共8页
针对大理岩和花岗岩两种材料,分别进行了球颗粒法向、切向接触力学试验;以大理岩为例,总结了非线性接触模型及其参数,并进行了球颗粒集合体的离心模型试验,通过数值模拟和试验结果的对比验证了接触模型及其参数的合理性。研究结果表明:... 针对大理岩和花岗岩两种材料,分别进行了球颗粒法向、切向接触力学试验;以大理岩为例,总结了非线性接触模型及其参数,并进行了球颗粒集合体的离心模型试验,通过数值模拟和试验结果的对比验证了接触模型及其参数的合理性。研究结果表明:颗粒法向接触以脆性断裂为破坏形态,切向接触以摩擦侵蚀为破坏特征;法向、切向刚度曲线都可以利用幂函数进行拟合;利用非线性接触模型及其参数可以有效模拟颗粒集合体的力学性状,同时还能够反映散体模型细部的离散变形特征。 展开更多
关键词 颗粒接触 颗粒流 离散元 接触模型 粗粒土
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基于DEM-SPH流固耦合的冰区船舶快速性预报
19
作者 吴捷 刘璐 +1 位作者 田于逵 季顺迎 《船舶》 2024年第1期70-83,共14页
船舶在冰区海域中航行会受到冰水环境阻力的影响,是冰区船舶快速性研究中的重要影响因素。为合理分析冰区船舶的快速性能,该文采用基于离散元(discrete element method,DEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)... 船舶在冰区海域中航行会受到冰水环境阻力的影响,是冰区船舶快速性研究中的重要影响因素。为合理分析冰区船舶的快速性能,该文采用基于离散元(discrete element method,DEM)和光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法的流固耦合模型模拟船舶冰区航行过程,获得不同航速下的船舶阻力和推进力,进一步计算出螺旋桨的推力、扭矩以及定速航行所需的螺旋桨转速等参数。为研究船体结构、海冰与海水之间的流固耦合作用,文中通过SPH粒子与固定粒子边界相对运动的拟合项直接计算固体与流体之间的相互作用力,建立船体结构、海冰与海水耦合的DEM-SPH模型,并基于该模型分别对船舶在冰区的航行阻力和推进力进行模拟,通过拟合的方式匹配航行阻力和推进力,并考虑尾部流场导致的船体阻力增额,从而预报船舶在特定航速下实现自航所需的螺旋桨转速。此外,文中还模拟了DTMB 5415船模在浮冰区和层冰区中航行的阻力和不同螺旋桨转速下的推力,对船模在不同工况下实现特定航速航行所需的螺旋桨转速进行了预报。计算结果表明:DEM-SPH耦合模型对船-冰、桨-冰作用中的流固耦合过程模拟效果出色,可完整描述船体及尾部伴流场对海冰的拖曳作用;通过文中所述阻力-推力模拟算例及强制力的拟合分析,所形成的基于数值模拟方法的船舶自航下螺旋桨转速预报,可为进一步的试验验证和工程应用推广奠定基础。 展开更多
关键词 冰区船舶 DEM-SPH流固耦合 离散元方法 船体阻力 螺旋桨推力
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基于不规则骨料堆积结构的混凝土水渗透性的研究
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作者 李凯 杨璐璐 史才军 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期99-106,共8页
为了揭示骨料形状对混凝土水渗透性的影响,基于超椭球颗粒构建了不规则骨料的几何模型,对伸长率、平整度、圆度、球形度等形状参数进行了量化表征。通过离散元方法实现了骨料动态堆积模拟,考虑了颗粒之间的相互作用力,建立了混凝土材料... 为了揭示骨料形状对混凝土水渗透性的影响,基于超椭球颗粒构建了不规则骨料的几何模型,对伸长率、平整度、圆度、球形度等形状参数进行了量化表征。通过离散元方法实现了骨料动态堆积模拟,考虑了颗粒之间的相互作用力,建立了混凝土材料的三相介观模型。采用基于格子玻尔兹曼模型的部分反弹算法研究了混凝土的水分传输行为,在验证模型正确性的基础上,探究了骨料含量和形状对混凝土水渗透性的影响。研究表明:混凝土的水分渗透系数随骨料体积分数增大呈现先降低后增加的变化趋势。当骨料体积分数大于50%时,界面过渡区相互交叠形成连通路径是导致混凝土水分渗透系数增加的主要原因。骨料形状的变化会改变传输路径和界面过渡区的体积分数,从而影响水渗透性。与平整度相比,伸长率对水分渗透系数的影响更为明显。随着圆度的不断增加,球形度先增大后减小,水分渗透系数则呈现相反的变化趋势。当圆度为1时,水分渗透系数达到最小值。 展开更多
关键词 混凝土 离散元模拟 超椭球 格子玻尔兹曼方法 水分渗透系数
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