振动给料机中的离散元数值仿真研究

论文摘要

介绍了振动给料机的发展情况以及离散元的国内外发展概况和相关理论,离散元法是根据牛顿第二运动定律和颗粒单元间相互碰撞基本定律,采用动态松弛法进行循环迭代计算的一种有效的数值方法,广泛应用于诸多工程领域。接触模型是离散元的基础,通过对比离散元法的线性接触模型和非线性接触模型,选定Cundall的弹簧—阻尼—滑动接触模型作为我们主要的研究模型,对其做力学分析,推导力学公式计算时确定一个特定坐标系,计算在这个坐标系上接触点处的坐标,接触单元之间的“叠合量”,接触单元之间的相对运动速度等运动状态。对单颗粒在振动面上的运动状态进行数值仿真,在算法分析中分配计算总量时,对比两种邻居元接触检索法：窗口法和区域法。研究计算时步同保险系数、以及刚度系数等参数的关系；研究恢复系数的完全弹性碰撞、完全塑性碰撞和弹塑性碰撞三大碰撞过程,以及恢复系数同接触刚度、计算时步的相互相关；研究不同刚度参数下时步与TCS的线性关系,接触刚度与碰撞接触时间的非线性关系；根据仿真结果的对比总结出碰撞的恢复系数最佳为0.5,保险系数最佳为0.1。在颗粒的自重作用、颗粒同振动面碰撞的阻尼作用下,研究颗粒在静止振动面上的弹性碰撞,弹塑性碰撞,滑动和转动等运动状态,对比不同参数的设定对其带来的影响。最后简单仿真振动盒加载后颗粒群的运动状态,通过定义一个反映颗粒群松散度的膨胀系数,根据计算结果总结出颗粒群的膨胀系数随恢复系数的增加而增大,而恢复系数又受颗粒群在振动盒上的初始堆积高度影响；摩擦因数对仿真结果的变化幅度也受初始堆积的影响；接触刚度不光越大越可以增大计算时步,较小的接触刚度值也可以增大计算时步。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的目的及意义
• 1.2 国内外现状
• 1.3 本文的研究内容
• 1.3.1 颗粒离散元法相关理论
• 1.3.2 颗粒的数值仿真
• 第二章 离散元的相关理论和接触模型
• 2.1 离散元法的相关理论
• 2.2 离散元法的应用
• 2.3 离散元的接触模型
• 2.3.1 Cundall的离散元接触模型
• 2.3.2 Thornton的三维球体干接触模型
• 2.3.3 MDEM离散元法
• 2.3.4 Kishino的粒状元素法
• 2.3.5 非圆形或非圆球性单元的离散元干接触模型
• 2.3.6 湿颗粒模型
• 2.4 模型选择
• 2.5 本章小结
• 第三章 颗粒接触模型
• 3.1 弹簧—阻尼—滑动接触模型
• 3.1.1 接触模型概述
• 3.1.2 弹性力
• 3.1.3 阻尼力
• 3.2 接触状况
• 3.2.1 颗粒同颗粒之间的接触
• 3.2.2 颗粒同器壁之间的接触
• 3.3 本章小结
• 第四章 单颗粒运动的数值仿真
• 4.1 数值仿真
• 4.2 单颗粒在静止振动面上的数值仿真
• 4.2.1 颗粒同静止振动面之间的垂直弹性碰撞
• 4.2.2 颗粒同静止振动面之间的垂直弹塑性碰撞
• 4.2.3 颗粒在静止振动面上的滑动
• 4.2.4 颗粒在静止振动面上的转动
• 4.3 本章小结
• 第五章 振动平面上颗粒群运动的数值仿真
• 5.1 离散元算法分析
• 5.1.1 离散元法总计算量的分配
• 5.1.2 接触检索窗口法
• 5.1.3 接触检索区域法
• 5.2 颗粒群的仿真流程
• 5.3 参数及其相互关系
• 5.3.1 保险系数
• 5.3.2 恢复系数
• 5.3.3 计算时步与TCS的关系
• 5.3.4 接触刚度与碰撞接触时间
• 5.4 颗粒群运动中一些参数的影响
• 5.4.1 颗粒群仿真
• 5.4.2 恢复系数对计算结果的影响
• 5.4.3 摩擦因数对计算结果的影响
• 5.4.4 接触刚度对计算结果的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文的主要结论
• 6.2 论文的不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B