颗粒破碎的微观力学模拟

基于颗粒尺度建立了考虑颗粒破碎过程中能量耗散的微观力学模型。为了模拟颗粒体的破碎过程和侧向应力的影响,把胶结在一起的三个等粒径的颗粒体当作颗粒破碎体。基于颗粒破碎准则和热力学原理,考虑了颗粒破碎过程中颗粒接触点之间的塑性滑移和颗粒转动以及侧向应力作用,通过颗粒破碎体内部颗粒之间的接触破碎来模拟颗粒体的破碎。计算结果表明:本文所提出的微观力学模型可以模拟胶结在一起的大颗粒的破碎过程;颗粒之间的微观力学参数对颗粒破碎过程中的力、塑性滑移、颗粒的转动角有不同程度的影响;力-位移关系曲线在破碎前是线性的,而颗粒破碎时竖向力迅速降低到较小值,并伴有颗粒的转动。     

岩石单颗粒压缩破碎试验研究

岩石颗粒结构复杂、形态不规则,很难用现有经典理论进行研究,分形理论可以从统计的角度研究颗粒破碎的强度。根据600颗大理岩单颗粒破碎试验,测量单颗粒破碎的应力与竖向应变关系曲线和破碎后的颗粒分布曲线,将颗粒破碎曲线按形态分为三种类型;根据颗粒破碎后的颗粒分布特性,建立了岩石颗粒破碎的分形模型,测得了大理岩颗粒破碎的分维D为2.48;根据颗粒破碎的分形模型,导出颗粒破碎强度的理论公式;将大理岩颗粒破碎强度的试验数据与理论公式预测结果进行比较,两者十分吻合,从而验证了颗粒破碎强度的分形理论。     

钙质砂在三轴剪切中颗粒破碎评价及其能量公式

钙质砂是一种易破碎粒状材料。本文在分析颗粒破碎机理的基础上,提出了颗粒破碎与剪胀耦合作用的破碎功表示式,并用实验证明了相对破碎Br 与ε1,Wp,WB 之间的关系,从而建立了钙质砂颗粒破碎的评价指标及其能量公式。     

颗粒材料破碎演化路径细观热力学机制

颗粒材料在高应力环境下会发生颗粒破碎现象,颗粒破碎不仅影响颗粒材料的力学特性,同时与大量工程问题密切相关.目前的相关研究主要集中在唯象地描述颗粒破碎的演化以及破碎对力学特性的影响层面,对颗粒破碎演化路径的物理机制研究较少.本文基于热力学框架,采用细观力学中细观–宏观的均匀化方法推导了颗粒体系弹性能和破碎能量耗散,并在最大能量耗散的假设下,在热力学框架内,建立了理想化的无摩擦球体颗粒等向压缩过程的弹性–破碎模型,阐述了颗粒材料破碎演化路径细观热力学机制.由于模型的推导不依赖任何唯象的经验公式,因此模型中包含的参数均有明确的物理意义.模型预测与前人试验结果对比表明,材料的初始级配对弹性压缩模量和破碎应力的影响并不相同:不同分形维数级配对应的弹性体变模量存在极大值,而破碎应力却随着分形维数的增大单调递增;颗粒破碎的演化符合最大能量耗散原理,且颗粒材料的压缩曲线可以分为弹性–破碎–拟弹性3个机制不同的阶段.     

颗粒材料破碎演化路径细观热力学机制

颗粒材料在高应力环境下会发生颗粒破碎现象,颗粒破碎不仅影响颗粒材料的力学特性,同时与大量工程问题密切相关.目前的相关研究主要集中在唯象地描述颗粒破碎的演化以及破碎对力学特性的影响层面,对颗粒破碎演化路径的物理机制研究较少.本文基于热力学框架,采用细观力学中细观-宏观的均匀化方法推导了颗粒体系弹性能和破碎能量耗散,并在最大能量耗散的假设下,在热力学框架内,建立了理想化的无摩擦球体颗粒等向压缩过程的弹性-破碎模型,阐述了颗粒材料破碎演化路径细观热力学机制.由于模型的推导不依赖任何唯象的经验公式,因此模型中包含的参数均有明确的物理意义.模型预测与前人试验结果对比表明,材料的初始级配对弹性压缩模量和破碎应力的影响并不相同:不同分形维数级配对应的弹性体变模量存在极大值,而破碎应力却随着分形维数的增大单调递增;颗粒破碎的演化符合最大能量耗散原理,且颗粒材料的压缩曲线可以分为弹性-破碎-拟弹性3个机制不同的阶段.      

微喷混合中的颗粒破碎效应

采用TAB模型,基于气-粒两相流程序对液态金属铅颗粒在氦气中的破碎过程进行了分析,获得了破碎特征时间、破碎后颗粒尺度等关键力学量;并对充气微喷射实验进行了数值模拟,考虑颗粒破碎效应后的模拟结果与实验结果较好符合。结果证实了充气条件下液态金属颗粒的再次破碎现象,可加深认识微喷混合的物理规律。     

超低温环境固体润滑研究的发展现状

根据研究工作积累和文献资料调研 ,对 12 0 K以下超低温环境固体润滑研究的发展现状进行了归纳和分析 ,介绍了超低温环境的特性及相应的摩擦学测试手段 ,将超低温环境按照超低温液体介质和超低温真空 2种情况分类 ,结合在超低温滚动轴承中的应用情况分别阐述了在不同超低温环境下常用固体润滑剂的摩擦学特性 .认为超低温固体润滑研究领域必将成为摩擦学研究的热点问题之一 ,现已取得一些有应用价值的成果 ,但对其研究还应进一步深入和系统化     

冷等离子体在聚合物化学中的应用

等离子体化学是等离子体技术与化学相互渗透结合而产生的一门新兴学科.借助等离子体中的能量粒子和活性成份所产生的物理和化学过程、引发单体聚合、处理固体表面和沉积薄膜,从而获取新材料和开发老材料,是近十多年来引入注目的方面.也是等离子体化学的主要组成部分--聚合物化学.     

球形颗粒对固体壁面附近激光诱导空化泡射流行为影响的实验研究

依托高速摄影系统,本文探析了固体壁面和单个球形颗粒附近激光诱导空化泡溃灭过程中的射流行为。在实验过程中,主要对空化泡与颗粒间的无量纲距离以及空化泡与固体壁面间的无量纲距离进行了精确控制。基于高速相机所捕捉到空化泡完整动力学过程的图片和数据,发现无量纲数α(空化泡-颗粒无量纲距离与空化泡-固体壁面无量纲距离间的比值,表征空化泡在固体壁面与颗粒附近的相对位置)对实验结果有着较为显著的影响,并基于此对实验结果进行了定性和定量分析。分析结果表明:(1)与无颗粒的情况进行对比,颗粒的存在使空化泡溃灭时的射流方向产生偏移,且α越小,其所对应的射流方向的偏移程度越大。(2)当α较小时,空化泡沿颗粒表面向壁面方向发生显著移动。     

收敛柱激波在粉尘气体中的传播

取稀颗粒群气固两相耦合的双流体简化模型，采用高解数值方法研究了收敛柱激波在粉尘气体中的传播和波后流场特性。通过与纯气体情况比较，揭示了固体颗粒出现对收敛柱激波传播特性的影响。     

多孔发射药等离子体增强燃速

利用密闭爆发器实验系统进行了等离子体增强4/7高固体发射药燃速特性的实验研究。采用等离子体发生器的电能利用效率来表征密闭爆发器内输入的等离子体能量,拟合了考虑压力梯度影响和电功率增强的固体发射药瞬态燃速公式。根据实验数据得到4/7高固体发射药的电功率燃速增强因子为0.005 MW-1。与Woodley燃速公式相比,瞬态燃速公式与实验压力曲线符合程度更高,能够更精确地描述固体发射药在等离子体作用下的燃烧过程。     

一维随机排列非均质颗粒材料结构刚度系数解析式

针对一维情况下随机排列非均质颗粒材料组成的结构,推导了该结构的刚度系数的解析表达式。颗粒材料由随机算法根据颗粒尺寸分布和结构尺寸生成。通过引入相对破碎参数,将颗粒破碎现象定量体现在颗粒尺寸分布函数的变化上,从而使本文提出的解析表达式能够计及颗粒破碎。数值结果说明本文提出表达式的有效性,并体现了颗粒破碎对颗粒结构刚度系数的影响。     

基于分形统计强度理论的煤颗粒冲击破碎概率研究

基于分形统计强度理论对煤颗粒的冲击破碎概率进行研究。以Hertz接触假设为基础,得到煤颗粒冲击破碎概率与最大接触压应力之间的函数关系,并结合碰撞动力学理论,建立了冲击破碎概率的分形模型。对不同矿区工作面的煤颗粒进行冲击破碎试验,统计分析表明：分形模型可以对煤颗粒的冲击破碎概率进行很好的描述,冲击破碎概率与冲击速度在对数坐标中为线性关系。通过试验确定分形模型的分形维数和破碎常数,可以得到不同冲击速度下煤颗粒的冲击破碎概率以及煤颗粒全部破碎需要的冲击速度,为冲击破碎效果评价以及冲击速度的确定提供了理论指导。     

多场耦合非热平衡低温等离子体与微纳米结构材料的相互作用

低温等离子体是制备微纳米材料和调控其结构特性的最重要方法之一,其中材料结构及特性的改变是等离子体电磁场、热场、化学场等多场耦合综合作用的结果.本文系统而简要地回顾了如下主要内容:电源的频率及其调制、施加方式对等离子体放电特性与稳定性的影响;大气压等离子体物理化学反应动力学;等离子体场对微纳米颗粒的聚集态结构与运动的调控、以及对沉积薄膜微纳米结构的影响.总结并得出如下主要结论:放电频率、脉冲调制功率、容性或者感性耦合方式、单体种类、基片温度等对等离子体活性粒子成分与特性具有主要影响,在kHz～MHz范围可以实现稳定放电和微纳米颗粒制备和薄膜沉积;微纳米颗粒/颗粒膜结构形貌随时间和空间而发生动态变化;低温等离子体多场调制可以快速实现微纳米颗粒的结晶,并调控微纳米颗粒的成分、尺度、带隙、晶型、晶面比例及其形貌特征;引入微颗粒可以在鞘层位置悬浮形成规则的二维等离子体晶格与无序的等离子体非晶,在介观尺度研究复杂系统的结构与动理学过程.     

考虑破碎影响的颗粒材料亚塑性模型及应变局部化模拟

在基于2ndP-K应力率的亚塑性模型基础上,通过引入一个能够考虑颗粒破碎影响的孔隙比-平均压力临界状态方程,形成了一个能够模拟颗粒破碎影响的颗粒材料亚塑性模型,数值算例考查了颗粒破碎对应变局部化模式及位移-承载曲线的影响,结果表明,所建议模型具有模拟破碎对颗粒材料应变局部影响的良好性能。     

纳米二氧化硅水溶胶成膜特性研究

研究了纳米SiO2水溶胶的固液二相流成膜特性．结果表明，水溶胶中的Si02固体颗粒的粒径及质量分数对粘度的影响较小，对成膜能力和承载能力的影响较大；在薄膜润滑阶段，固体颗粒的粒径和质量分数对润滑状态的稳定性具有一定的影响，随着速度的增加，液体膜厚度逐渐增大，固体颗粒对液体润滑膜稳定性及性能的影响逐渐减弱；在弹流润滑阶段，固体颗粒的影响很小。     

火山渣掺配土质砾砂改良填料临界动应力及累积变形特性试验研究

火山渣是一种颗粒形状不规则且具多孔轻质特征的粒状特殊材料,在列车动载作用下的颗粒抗破碎能力及填料的变形和强度特性是影响其作为基床填料的关键问题。为论证火山渣用于基床结构的可行性,开展了体积掺配比2∶1及3∶1火山渣掺配土质砾砂改良填料室内动三轴试验,讨论了试样制备及动载加载过程中的颗粒破碎程度,分析了动应力幅值、围压及土质砾砂掺量对改良填料动力变形特性的影响规律。试验结果表明:土质砾砂的掺入能有效地抑制火山渣在制样过程中的颗粒破碎;处于压实状态的火山渣掺配土质砾砂改良填料在长期循环荷载作用下的相对破碎率低于3%,颗粒破碎不显著。不同动应力幅值下,火山渣掺配土质砾砂改良填料的累积塑性应变曲线可分为稳定、临界和破坏型,稳定和破坏型曲线可分别采用Stewart及Monisnith模型进行预测。体积掺配比2∶1及3∶1火山渣掺配土质砾砂改良填料的临界动应力约为静强度的0.4～0.5倍,分别能满足普通II级铁路对基床表层及底层填料动力特性的要求。     

颗粒流研究评述

颗粒流可看作一种颗粒间直接作用占优势的特殊两相流,它涉及自然界和工程实际中的许多流动问题,例如泥石流、雪崩、滑坡及固体物料的管道输送等,现阶段在国际上对颗粒流的研究正形成一个热点,而在国内这方面的工作才刚刚开始,本文在广泛收集资料的基础上对颗粒流研究现状作了全面的评述,内容包括颗粒流动现彖、实验研究、基本理论、数值模拟,颗粒流研究中的主要问题及将来的发展方向.     

利用连接尺度方法的颗粒材料破碎数值分析

基于已有的颗粒材料连接尺度方法(BSM)[1-2],发展了在细尺度上采用离散颗粒集合体模型与离散单元法(DEM)并引入了颗粒破碎模型,而在粗尺度上采用Cosserat连续体模型与有限单元法(FEM)的BSM。仅在有限局部区域内采用DEM从细观层次关注颗粒材料破碎现象,而在全域采用储存空间和花费时间较少的FEM,同时在粗细两个尺度采用不同的时间步长。讨论了颗粒材料发生破碎时,颗粒材料结构的承载能力与微结构的演变。数值算例结果说明了所提出可模拟破碎的BSM的可用性和优越性,以及颗粒破碎对颗粒材料微观力学行为的影响。     

固体的水力管道运输

引言大家知道,固体物质,尤其是颗粒固体物质,可以用运动着的流体来运输。只需观察一下波浪的沉积运输,沙漠中的风沙迁移,江河中的冲积运动,就可以确信这种运输方式的效能。同样很明显,颗粒的粒度和密度,颗粒所处的速度场这样一些参数,会对这种运动发生影响。但颗粒的形状,流体的湍流度,相邻颗粒的作用,颗粒群的粒度分布等的影响,则