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38100字硕士毕业论文筒仓和旋转机械卸料过程的离散元模拟

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:38100字
论点:颗粒,卸料,单元
论文概述:

本文拟从颗粒物质的角度出发,对工程中常见的卸料过程进行离散元仿真模拟,对离散单元法有了基本的认识,从而为使用离散元仿真软件进行料仓和卸料过程的仿真模拟打下良好的理论基础。

论文正文:

第一章引言

1.1工程背景
以前的研究主要考虑基于实验的机械部件设计的分析和优化,而没有考虑颗粒材料的作用或颗粒材料与机械部件的相互运动。因此,从颗粒物的角度来看,考虑颗粒物在机械中的动态行为及其对机械的影响是一个值得深入研究的课题,具有明显的实用价值。颗粒物料的卸料过程在生产实践中非常普遍。典型的卸载过程包括直接卸载和旋转卸载。虽然它的运动方式简单,但由于颗粒物本身极其复杂的特性,在卸载过程中有许多问题值得我们研究。

1.2颗粒物质的概念
颗粒物质[1]意味着颗粒大小在免疫管理范围内?100米之间的众多离散固体颗粒的聚集及其相互作用形成了一个内部有机连接的复杂系统。颗粒物在自然界无处不在,与我们的生产技术和日常生活密切相关。如土壤、沙子、煤、矿石、药物、化学产品和谷物都属于颗粒物质的范畴。从这个角度来看,颗粒物是地球上数量众多的人所熟悉的物质。1991年,法国科学家、诺贝尔奖获得者德根尼斯正式定义了颗粒物。就单个颗粒物质的研究而言,经典力学通过分析其运动状态做出精确的解答。然而,面对由大量粒子组成的粒子系统的许多独特性质,包括(静态动态行为)和运动规律,我们传统的流体力学和固体力学理论不能很好地解释它们。有鉴于此,科学界在2005年将颗粒物与瑞士海流并列为[2]的100个科学问题之一。
目前,人们对颗粒物的理解仍然非常有限,需要进一步探索。正如德根·[所说,“目前,我们对颗粒物质的理解仍处于20世纪30年代的水平,只有固态物理性质”。这是因为粒子系统是由大量离散粒子组成的不连续介质系统,它具有许多不同于连续介质系统的机械特性。例如,粒子系统的变形通常表现为两种形式的变化,包括粒子系统的体积变化和形状变化,这主要是由粒子本身的变形和粒子运动引起的整体结构变形造成的。这两种形式构成了粒子系统退化的基本形式。其中,结构变形是颗粒运动的结果,它可以在恒定体积的条件下发生,是不可逆的,并且会发生在加载和卸载过程中,这不同于理想的连续介质材料,只有卸载才是弹性变形。然而,由于单个粒子是连续介质,我们所说的粒子变形是指粒子本身具有可恢复或不可恢复的变形。目前,颗粒材料体系没有明显的弹塑性区分界限,这也与理想的连续介质材料有很大不同。粒子之间的相互作用是非弹性的,力主要是摩擦。一般来说,颗粒之间的摩擦分为静摩擦和动摩擦。静摩擦是指当系统处于平衡但不稳定的静态时,粒子之间的摩擦。然而,动态摩擦指的是粒子间相对运动引起的局部不稳定性。这时,一些静摩擦会变成动摩擦。粒子之间的碰撞通常是非弹性的,每次碰撞都会损失粒子的能量。在碰撞的同时,如果对粒子产生外部干扰,并且干扰超过某个临界值,粒子将演化成流体状运动,当从外部输入的能量完全损失时,运动将停止。因此,从这个观点来看,粒子系统是一个能量耗散系统,所以能量守恒定律和一些基于弹性相互作用的理论是不适用的。此外,由于粒子系统中粒子的分布顺序不同,所受的力也不同,因此粒子之间的力传递也相应地不均匀。粒子系统中的粒子将分布在不同的层中。即使同一层中的颗粒直接接触,它们将受到比其他间接接触中的颗粒大得多的力,甚至导致这些颗粒的塑性变形,而其他颗粒将受到相对较小的力,甚至没有力。同时,颗粒间力的增加也会增加接触面。因此,在粒子系统中,作用于粒子的几个因素之间的关系是非线性的
第2章离散元法的基本原理。

[4]

2.1离散元法的基本原理
离散元法的基本原理是将研究对象一个接一个地分成独立的单元。根据元素间的相互作用和牛顿运动定律,采用动态松弛法或静态松弛法等迭代方法进行循环迭代计算,确定每个时间步长所有元素的应力和位移,并更新所有元素的位置。每个分裂的单位都有自己独立的运动。通过研究每个个体,可以得到整体规律,即可以观察、分析和计算每个单元的独立运动,然后通过综合得到整体运动规律。我们目前研究中使用的离散单元法的理论基础是基于这样一个事实,即单元之间的相互作用是瞬态平衡的。所谓瞬态平衡是指瞬时相互作用状态被视为平衡状态。当我们研究的整个内部之间的相互作用力平衡时,状态就是平衡的。当我们选择离散元方法进行研究时,我们不能忽视它的假设前提。首先,我们假设速度记忆加速度应该保持恒定,并且时间步长应该足够小,因为只有当它被设置得足够小时,我们才能确保在独立的时间步长中,除所选对象之外的其他元素的干扰传输可以被消除。这些假设为离散元法的应用提供了重要前提,并发挥了非常重要的作用。在这些假设的指导下,我们可以得出结论,每个元素的应力只与直接接触它的元素有关,而不是与所有元素有关。
研究了离散元法的基本原理。基本原理的意义可以从两个方面得出:一是接触模型的意义,对于其分离单元,主要应用于接触力的计算。二是牛顿第二定律(Newton second law),主要用于求解研究对象的速度、加速度和位移,与接触模型有很大不同。前者用于求解力,而后者主要用于求解速度等因素。在离散元法的应用中,它不是不变的。研究不同材料或物体的模型和方法是不同的。例如,在研究颗粒材料时,离散单元法将单个颗粒视为独立的单元。当物体本质上是岩土工程问题时,划分的基础不是颗粒而是多边形块体。离散元法之所以能够灵活多样地应用,与其前提密不可分。

第3章筒仓卸料离散元模拟……21
3.1模型建立……21
3.2筒仓卸料过程模拟结果……24
3.2.1筒仓静态模拟结果……24
3.2.2筒仓动侧压力模拟结果……24[/比尔/] 3.3不同影响因素下的模拟结果……30[/溴/] 3.3.1颗粒材料密度对筒仓侧压力的影响……31[/溴/] 3.3.2漏斗宽度与筒仓内径之比……35[/比尔/] 3.4本章概述……40
第4章旋转机械卸料过程模拟……41
4.1型号……41
4.2排放系统的排放过程及仿真结果……43
4.3不同转速下的仿真结果和分析……49
4.4改进模型和仿真结果分析……54
4.5本章概述……58
第5章总结与展望……59
5.1概述……59
5.2前景……60

结论

卸载过程在工程问题中非常常见。常见的卸载方法包括直接卸载和旋转卸载。以往的研究大多只考虑在实验的基础上优化机械零件的设计,没有结合颗粒材料和机械零件的相互运动。本文从颗粒材料的角度出发,采用离散单元法模拟常见的排料过程。对于直接卸料过程,本文所做的工作和得到的结论如下:
(1)采用缩尺模型,通过增加颗粒物料的密度可以反映出料仓的实际应力。表明用离散元仿真软件模拟筒仓卸载过程是完全可行的,可以提供实验和理论分析无法提供的信息。
(2)筒仓卸料过程中,颗粒物料的运动是随机的,速度场表现出分布均匀性、不连续性和不对称性。颗粒材料的流动模式还显示了上部的整体流动和下部的管状流动。同时,在卸载过程中,颗粒之间以及颗粒与仓壁之间出现动态随机接触压力网络线。筒仓内的颗粒物料从仓体进入料斗时,会出现明显的动压拱,在小颗粒流量时,相应的压力拱也很明显。
(3)颗粒材料的密度对颗粒材料在放电过程中的流动形态没有很大影响,但对其接触力(静态接触力和动态接触力)和速度有很大影响。随着密度的增加,筒仓内的接触力增大,动压拱破拱周期缩短,卸料速度也加快。料斗中料斗开口的宽度对卸料过程中颗粒物料的流动方式有很大影响。料斗中料斗开口的宽度越大,颗粒材料在排放过程中形成动压拱就越困难,颗粒材料的总流动部分将增加,而管道的流动部分将减少。

参考
[1]康达尔p.a .,哈特研发用于节理岩石建模的广义http://sblunwen.com/jxsjlw/二维和三维离散单元程序。ITASCA咨询集团,杂项文件SL 28521,美国工程师协会,1985,
[2]古德曼,r.e .,泰勒。土力学和地基分部的r l .和brekke,t. Jouanrl,ASCE,VoL. 94,SM3,1968
[3] UDEC新闻和世界报道。1985年,伊塔斯卡咨询集团乌达克用户集团的官方出版物。颗粒集合体的离散数值模型。岩土工程,1979,29(1):47-65。
[5]兰斯顿·帕,阿瓦姆勒·马,弗雷吉·费,同时,中国政府采取措施防止艾滋病毒/艾滋病的传播也非常重要。杨燕。离散元方法程序的开发与应用。西部勘探项目,2010,2: 8-12。
[7]克里里,普惠。使用离散方法预测球磨机中的装料运动、功率消耗、偏析和磨损。矿物工程,1998,11:1061 -1080。
[8]杜里·C·M,内赫特·R,里斯托·G·h . 3转筒中颗粒材料的尺寸分离。高性能计算和网络。《计算机科学讲义》,1998,1401: 860-862。[/BR/] [9]陈文胜,郑宏,郑荣明,等.岩石块体三维接触判断的侵入边缘法[[]。岩石力学与工程学报,2004,23(4):565-571
[10]萧雨杭,王永嘉,王思静。2D离散元法接触处理的新算法。岩石力学与工程杂志,1999,18 (4): 409-413 [/BR/]