正八面体颗粒振动堆积致密化的离散元数值仿真及结构表征

发布时间：2021-10-08 11:48

　　本论文采用组合球离散元法数值模拟了正八面体颗粒在三维机械振动条件下的堆积致密化过程并用物理实验进行了验证,研究了振动参数对正八面体颗粒堆积致密化的影响规律,在数值模拟中对初始堆积和致密堆积结构进行了详细表征和分析。在对振动致密化的宏观规律的研究中,物理实验和数值模拟都是在圆柱容器中以相同加料速率形成初始堆积结构,再施加振动实现致密化,结果发现正八面体颗粒振动致密化的效果对振幅的改变较为敏感,对振动频率的改变相对不敏感。适合获得最密结构的振幅的范围比较宽,在相应振幅范围内的适合获得最密结构的振动频率的范围也比较宽,物理实验可以验证数值模拟的结果,说明模拟方法是有效及准确的。在初始自然疏松堆积和振动后最终致密堆积结构中,容器侧壁和底部附近都有三层较为明显的颗粒分层排列现象,排除容器壁影响后,能够得到内部均匀随机结构的堆积密度值,分别为初始疏松堆积的0.670和最终致密堆积的0.684。在整个结构中近邻颗粒之间多以颗粒中心距离接近最小距离的方式存在,但真正的面-面完全重合接触很少。整个结构中颗粒的配位数和约束数在振动致密化之后都明显减小,而且边界区域的配位数和约束数始终比中心区域的小。这是因... 

【文章来源】：东北大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．３物理实验中采用的核磁共振成像Ｉ５１］??Ｆｉｇ．?１．３?ＭＲＩ?ｕｓｅｄ?ｉｎ?ｐｈｙｓｉｃａｌ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ＾５１＇??．．．

?第１章绪论??有关正八面体堆积的实验研究就是Ｂａｋｅｒ用骰子进行的堆积和振动致密化实验??实验针对的是五种柏拉图多面体，实验材料和堆积的形貌如图１．４所示，使用手摇振动??和机械振动实现了堆积结构的致密化，研宄认为加料后的随机松排的堆积密度为０．５７而??机械振动后随机密排的堆积密度为０．６４。需要强调的是，这里对于随机密排的定义是片??面的，因为实验中仅仅用了顶部投影法粗略观察了结构的随机性，而顶部投影法所起的??作用其实十分有限。另外实验所研宄的体系规模过小，只研宄了?２００到１２００个颗粒的??体系，实际上在本研究中发现，即使是１２００个颗粒的体系，其边界影响也己经向中心??扩展到几乎半个容器半径的位置，而且其所得结果与数值模拟［７７，８１１的结果差别较大，这??都可能是由实验手段难以做到准确而造成的。??数值生成结构方面，对于正八面体随机致密堆积的研宄限于几何生成的随机密堆积??结构

证八面体颗粒振动堆积致密化的物理实验在课题组自行设计的振幅和振动频率精??确可彳控的三维机械振动实验设备上展开，目前该设备己授权国家发明专利??（ＺＬ２０１１１０１０８０４９．５）１８３］，设备的实物图如图２．１所示。该设备通过更换不同规格的偏??心轮改变振动的振■幅＇儿ｉｆｆ过控制电速控制振动的‘频率／，固定在设备上时ＩＭＴ柱容??器在三个互相垂直方向（两个水平方向，一个竖直方向）上的位移量遵守正弦运动规律，??每个方向上的控制方程均为Ｓ＝Ｊｓｉｎ［２ｎ／（／－／（〇］，其中Ｓ是该振动方向上的位移量，／是当??前时规，％髮辰涨獅脱观。笔机笔獅＃料棘却滅魔，勒提ＷＪ；７，?ｍｍ＂??由于尊研宄在数值模拟中详细分析了容器壁的影响，所以在物理实验中没有用不同尺寸??容器仲的堆积实验来进行堆积密度的容器尺寸外推，在物理实验中只探宄振动参数对振??动堆樞ｉ致密化的影响规律以及验证数值模拟的有效性和准确性。??泰??广２??ｉ?

【参考文献】：
期刊论文
[1]颗粒的比重、形态与其任意堆积[J]. 董麒,叶大年.  科学通报. 1993(01)



本文编号：3424100