基于超二次曲面的颗粒材料缓冲性能离散元分析

自然界或工业中普遍是由非球形颗粒组成的复杂体系,与球形颗粒相比,非球形颗粒间的高离散和咬合互锁可使冲击载荷引起的能量有效衰减实现缓冲作用.基于连续函数包络的超二次曲面单元能准确地描述非球形颗粒的几何形态,并可精确地计算单元间的接触碰撞作用.本文采用离散元方法对冲击载荷作用下非球形颗粒物质的缓冲性能进行数值分析,并与圆柱体冲击的理论结果和球体冲击的实验结果进行对比验证.在此基础之上,进一步研究了筒底作用力在不同颗粒层厚度和形状等因素影响下的变化规律.计算结果表明:不同颗粒形状都存在一个临界厚度H_c.当HH_c时,缓冲率随H的增加而增加;当HH_c时,缓冲率的变化不再显著并趋于稳定值.此外,减小颗粒表面尖锐度和增加或减小圆柱形和长方形颗粒的长宽比都会提高颗粒材料的缓冲效果.     

基于CUDA-GPU架构的超二次曲面离散单元并行算法

大规模离散元的并行计算通常基于理想的球体单元，然而自然界或工业生产中普遍存在的是由非球形颗粒组成的复杂体系，其在不同空间尺度下的动力学行为及力学性质与球形颗粒具有显著差异.基于连续函数包络的超二次曲面单元能有效地构造非球形颗粒的几何形态，并通过非线性Newton迭代算法准确计算单元间的作用力.针对非球形颗粒间接触判断的复杂性及其大规模离散元计算的需求，该文发展了基于CUDA-GPU构架下超二次曲面单元并行算法.该方法在球形颗粒并行计算的基础上，通过核函数建立单元包围盒的粗判断列表及Newton迭代的细判断列表，并优化并行算法和内存访问模式以提高算法的计算效率.为检验超二次曲面并行算法的可靠性，对非球形颗粒的流动过程进行离散元模拟, 并与试验结果进行对比验证.在此基础上，进一步分析了颗粒单元不同长宽比和表面尖锐度对颗粒材料流动特性的影响，为非球形颗粒材料的大规模离散元模拟提供一种有效的数值方法.     

考虑等效曲率的超二次曲面单元非线性接触模型

基于连续函数包络的超二次曲面单元可有效地描述自然界和工业生产中的非球体颗粒形态, 并通过非线性迭代方法精确计算单元间的接触力. 对于具有复杂几何形态的超二次曲面单元, 线性接触模型不能准确地计算不同接触模式下的作用力. 考虑超二次曲面单元相互作用时不同颗粒形状及表面曲率的影响, 本文发展了相应的非线性黏弹性接触模型. 该模型将不同接触模式下的法向刚度和黏滞力统一表述为单元间局部接触点处等效曲率半径的函数; 切向接触作用则借鉴基于Mohr-Coulomb摩擦定律的球体单元非线性接触模型的计算方法. 为检验超二次曲面单元接触模型的可靠性, 对球形颗粒间的法向碰撞、椭球体颗粒间的斜冲击过程、圆柱体的静态堆积和椭球体的动态卸料过程进行离散元模拟, 并与有限元数值结果及试验结果进行对比验证. 计算表明, 考虑接触点处等效曲率半径的超二次曲面非线性接触模型可准确地计算单元间的接触碰撞作用, 并合理地反映非球形颗粒体系的运动规律. 在此基础上进一步分析了不同长宽比和表面尖锐度对卸料过程中颗粒流动特性的影响, 为非球形颗粒材料的流动特性分析提供了一种有效的离散元方法.      

YbCl3-MCln体系相图的研究(M=Li、Mg、Ca、Pb; n=1,2)

借助于DTA与X射线衍射法研究了YbCl_3-MCl_n(M=Li、Mg、Ca、Pb; n=1或2)二元体系相图．发现YbCl_3-LiCl体系相图属固液异组成型，有化合物Li_3YbCl_6生成，它在481 ℃有一相转变. 其无变点分别为x_(YbCl_s)＝0.410；526 ℃和x_(YbCl_3)=0.340，547 ℃；YbCl_3-MgCl_2属类转熔型相图，在富YbCl_3相区666 ℃有一尚不知其性质的热效应，为x_(YbCl_3)＝0.380，628 ℃；YbCl_3-CaCl_2和YbCl_3-PbCl_2体系皆属简单低共熔型相图，其低共溶点分别为x_(YbCl_3)＝0.530, 615 ℃和x_(YbCl_3)＝0.340, 415 ℃. 后者在固相下有一不稳定化合物PbYbCl_5生成，在392 ℃分解，同时探讨了相图的某些规律．     

凹形多面体离散单元的水平集函数接触算法

多面体模型理论上可构造任意颗粒形态,然而受单元接触算法的限制,仅用于凸形颗粒材料的离散元模拟。对于具有凹形特征的多面体单元,单个接触点的搜索算法难以精确计算单元间的作用力。考虑多面体单元间存在单个或多个接触点的计算特性,本文发展了适用于凸形和凹形多面体颗粒材料的水平集函数接触算法。该方法通过点-三角形单元距离计算方法和奇-偶数判定方法建立多面体单元的零水平集函数和空间水平集函数,并对水平集函数进行三线性插值,可得到多面体单元间的单个或多个接触点。为检验水平集函数接触算法的可靠性,对球形和凹形多面体颗粒材料的堆积和倒塌过程进行离散元模拟,并分析颗粒形状对堆积密度和休止角的影响规律。     

考虑等效曲率的超二次曲面单元非线性接触模型

基于连续函数包络的超二次曲面单元可有效地描述自然界和工业生产中的非球体颗粒形态,并通过非线性迭代方法精确计算单元间的接触力.对于具有复杂几何形态的超二次曲面单元,线性接触模型不能准确地计算不同接触模式下的作用力.考虑超二次曲面单元相互作用时不同颗粒形状及表面曲率的影响,本文发展了相应的非线性黏弹性接触模型.该模型将不同接触模式下的法向刚度和黏滞力统一表述为单元间局部接触点处等效曲率半径的函数;切向接触作用则借鉴基于Mohr-Coulomb摩擦定律的球体单元非线性接触模型的计算方法.为检验超二次曲面单元接触模型的可靠性,对球形颗粒间的法向碰撞、椭球体颗粒间的斜冲击过程、圆柱体的静态堆积和椭球体的动态卸料过程进行离散元模拟,并与有限元数值结果及试验结果进行对比验证.计算表明,考虑接触点处等效曲率半径的超二次曲面非线性接触模型可准确地计算单元间的接触碰撞作用,并合理地反映非球形颗粒体系的运动规律.在此基础上进一步分析了不同长宽比和表面尖锐度对卸料过程中颗粒流动特性的影响,为非球形颗粒材料的流动特性分析提供了一种有效的离散元方法.     

HoCl~3-MCl~n体系相图的研究(M=Li, Mg, Ca, Pb; n=1, 2)

借助于DTA与X射线衍射法研究了HoC_3-MCl_n(M=Li,Mg,Ca,Pb;n=1或2)二元体系相图.发现HoCl_3-LiCl体系相图属固液异组成型,有一化合物Li_3HoCl_6生成,且在483℃有一相转变.其无变点分别为p(34.0mol%HoCl_3,506℃)和e(50.5mol％HoCl_3,452℃); 而HoCl_3-MgCl_2,CaCl_2,PbCl_2。体系皆属简单低共熔型相图.其低共熔点e的组成与温度分别为:50.0mol％HoCl_3(580℃)、49.0mol％HoCl_3(541℃)和37.0mol％HoCl_3(422℃).HoCl_3-PbCl_2体系在固相下有一不稳定化合物PbHoCl_5生成,在408℃分解.同时探讨了RECl_3-LiCl相图的某些规律。     

HoCl~3-MCl~n体系相图的研究(M=Li, Mg, Ca, Pb; n=1, 2)

借助于DTA与X射线衍射法研究了HoCl~3-MCl~n(M=Li, Mg, Ca, Pb; n=1或2)二元体系相图, 发现HoCl~3-LiCl体系相图属固液异组成型, 有一化合物Li~3HoCl~6生成, 且在483℃有一相转变。其无变点分别为p(34.0mol%HoCl~3, 506℃)和e(50.5mol%HoCl~3, 452℃); 而HoCl~3-MgCl~2, CaCl~2, PbCl~2体系皆属简单低共熔型相图。其低共熔点e的组成与温度分别为: 50.0mol%HoCl~3(580℃)、49.0mol%HoCl~3(541℃)、37.0mol%HoCl~3(422℃)。HoCl~3-PbCl~2体系在固相下有一不稳定化合物PbHoCl~5生成, 在408℃分解, 同时探讨了RECl~3-LiCl相     

基于水平集-离散元方法的球谐函数颗粒材料缓冲性能分析

在自然环境与工业领域中,颗粒材料是一种常见的缓冲材料,其中大量形态各异的非球形颗粒表现出复杂的力学特性并应用于不同工程领域。本文采用球谐函数构造不同球面度和表面凹凸特性的非规则颗粒,通过水平集方法计算球谐函数颗粒间的接触点和碰撞力,并对冲击过程中球形和凹形颗粒的缓冲性能进行离散元分析。数值结果表明,颗粒床厚度、冲击速度和颗粒形状显著影响球谐函数颗粒材料的缓冲性能。颗粒床底部的冲击力峰值随着颗粒床厚度和表面凹凸性的增加而降低,同时冲击力峰值随着冲击速度和颗粒球面度的增加而增加。与球形颗粒相比,球谐函数颗粒具有凹凸表面和多接触点特性,这有利于冲击荷载向四周扩展并提高凹形颗粒的缓冲效果。