冲击载荷下不同材料破碎的数值模拟

论文摘要

本文首先从超细粉体技术出发,阐述了超细粉体的性质以及在工业上的应用,综述了超细粉体制备上的一些基本理论,介绍了选题背景和研究内容。第二章介绍了单颗粒材料冲击破碎理论,分析了能量,裂纹,冲击速度等对单颗粒材料冲击破碎的影响。第三章介绍了可移动元胞自动机法(MCA方法)基本理论。第四章用MCA软件主要模拟了玻璃球在不同条件下的冲击破碎情况,同时还模拟了尼龙球、滑石的冲击破碎情况,并与实验现象进行了对比。本文通过对不同粒径玻璃球在同一速度下的冲击破碎模拟,同一粒径玻璃球在不同速度下冲击破碎模拟,分析了颗粒粒径和冲击速度对材料冲击破碎的影响;并通过模拟含有缺陷的玻璃球冲击破碎,分析了材料的空洞、裂纹的位置、条型裂纹等对材料破坏的影响,并把部分模拟结果与冲击破碎实验及国外文献中的相关数值模拟及光弹实验结果进行了对比;本文还通过对尼龙球高速冲击靶板实验和滑石落锤冲击破碎实验的模拟,及与实验照片对比,分析了脆性材料和塑性材料在破碎方式上的不同。最后简要分析了不同冲击方式对冲击破碎的影响。通过MCA软件对冲击破碎进行数值模拟,能较好的反映单颗粒材料在冲击载荷作用下的破碎过程,解释了一些实验现象,对深入研究单颗粒冲击破碎机理有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 超细粉体技术
• 1.1.1 超细粉体技术概述
• 1.1.2 超细粉的基本性质
• 1.1.3 超细粉体技术在工业上的应用
• 1.2 超细粉碎理论研究综述
• 1.2.1 裂纹与断裂理论
• 1.2.2 超细粉碎能耗理论
• 1.2.3 冲击粉碎与应力波理论
• 1.3 课题背景及研究内容
• 第2章 单颗粒材料冲击粉碎理论概述
• 2.1 单颗粒冲击破碎的基本理论
• 2.2 单颗粒破碎时的简化理论分析
• 2.3 冲击粉碎力学模型
• 第3章 可移动元胞自动机法原理
• 3.1 二维MCA 的简介
• 3.2 MCA 方法的运动方程
• 3.3 元胞内的应力应变关系
• 3.3 元胞间的粘滞作用
• 3.4 破坏准则
• 3.4 MCA 方法适用范围
• 第4章 单颗粒冲击破碎的MCA 模拟
• 4.1 国外相关数值模拟结果
• 4.2 不同角度玻璃球冲击破碎模拟及结果分析
• 4.2.1 建立模型
• 4.2.2 玻璃球不同角度冲击靶板模拟结果
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 玻璃球垂直冲击破碎模拟结果
• 4.3.1 不同粒径同一速度冲击破碎模拟结果
• 4.3.2 同一粒径不同速度冲击破碎模拟结果
• 4.3.3 含缺陷不同粒径同一速度冲击破碎模拟结果
• 4.3.4 含长条形缺陷不同速度冲击破碎模拟结果
• 4.3.5 玻璃球落锤冲击破碎模拟结果
• 4.4 其他材料靶板冲击实验的MCA 模拟
• 4.4.1 同一粒径不同材料的冲击过程模拟结果比较
• 4.4.2 高速冲击下长条形缺陷对尼龙球模拟结果的影响
• 4.4.3 不同形状锤头冲击滑石块的模拟结果
• 4.5 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的其它工作情况
• 致谢
• 详细摘要