基于颗粒物质力学的粉末高速压制过程中应力传递分布分析

为探究粉末高速压制过程中应力变化规律,结合颗粒物质力学理论与粉末高速压制高速加载特点,采用离散元法研究粉末高速压制过程,获取了应力整体传递变化规律,应力大小和方向性变化规律及应力传递与力链间关系.研究结果表明:在粉末高速压制中应力逐层传递并在边界反射,其沿高度方向在不同时刻展现出峰值流动特性,随压制进行峰值分别处在0.014m、0.0075m、0.0025m、0.011m、0.014m高度位置,并随压制进行沿宽度方向在模壁处出现逐渐降低现象;应力大小分布概率密度基本呈现单峰特性,在0.5ms、0.8ms时刻峰值分别出现在归一化应力值为3和1.5附近,在1.3ms、1.7ms、4ms时刻峰值出现在归一化应力值为1附近;主应力方向经历无规律分布逐渐向各向异性即90°方向转变,最上层粉末主方向角变化最为剧烈,变化率峰值达到61.5?10(o)/s与6-2.5?10(o)/s,最下层粉末主方向角变化最为舒缓,变化率峰值仅为60.3?10(o)/s;同时,归一化力链强度值与应力值绝对差值保持在0.1下,1.3ms~3.3ms阶段平均增长斜率分别为0.31与0.32,应力传递与力链延展保持较为一致趋势.本研究有助于更深入地了解粉末颗粒物质在高速压制过程中受力变化规律,为进一步提高粉末压制件致密化程度与密度均匀性提供指导.     

回转窑多粒径颗粒流动与偏析的DEM模拟与实验研究

为明晰回转窑内颗粒的运动行为及偏析机理,以绿豆、黄豆和黑豆为颗粒介质,依次对3种装填顺序下的颗粒流动过程进行离散元模拟与实验研究,以颗粒质量分数和平均粒度为判据,对颗粒偏析进行评价。结果表明,回转窑内颗粒流动区可分为自由滚落区、渗流呆滞区以及窑壁携带区,自由滚落区颗粒流速最大,而渗流呆滞区流速最小。窑内颗粒沿轴向输运过程发生径向偏析,形成夹层结构,小颗粒受渗流作用在渗流呆滞区中心形成内核,大粒径和中等粒径颗粒集中在自由滚落区和窑壁携带区。窑内颗粒力链分布不均匀,强力链分布于近窑壁区,弱力链分布于自由滚落区和渗流呆滞区,且渗流呆滞区力链细而密集。当窑头附近不同粒径颗粒存在轴向速度差时,颗粒在轴向发生掺混,并产生径向偏析。     

基于颗粒物质力学的铁粉末压制中摩擦特性对力链演化影响

结合颗粒物质力学理论,通过离散元法实现铁粉末压制过程模拟并通过压制方程进行验证,针对粉末体系中的力链演化问题,提出力链特征定量分析方式,进一步通过分析不同颗粒间摩擦系数、侧壁摩擦系数与颗粒运动状态转变的方式,探讨摩擦特性对力链量化特征的影响,从而建立摩擦行为与力链演化间的联系. 研究结果表明:随颗粒间摩擦系数增大,整体力链数目变少,力链方向系数、承载不均匀度及单位屈曲度均变大,而随侧壁摩擦系数增大,力链特征差异较小,则颗粒间摩擦系数较侧壁摩擦系数对力链特征演化具有更显著影响. 同时发现,颗粒接触状态的改变与力链特征演化间具有对应性. 研究成果将进一步拓展粉末压制中考虑摩擦行为及力链演化过程在内的粉体致密化行为理论.      

基于离散元法的干湿颗粒系统仿真

介绍了基于离散元法的干湿颗粒系统仿真软件DEMSIM。对于干颗粒系统,DEMSIM可以分析二维和三维颗粒系统的弹性和塑性接触碰撞过程;对于湿颗粒系统,DEMSIM采用传统的液桥模型;对于颗粒-流体系统,DEMSIM采用CFD-DEM细观耦合模型模拟。一系列典型算例的模拟分析,验证了干湿颗粒系统仿真软件DEMSIM的精度和有效性。     

弹塑性自黏结颗粒聚合体碰撞破损的离散元法模拟研究

利用颗粒离散元方法,并结合接触力学理论,对自黏连、弹塑性颗粒聚合体碰撞破损的细观力学机理进行了模拟研究。在颗粒间塑性变形存在的条件下,研究了颗粒物碰撞损伤。将弹性颗粒体碰撞与弹塑性颗粒体碰撞结果作了比较。结果表明:其他同等条件下,与弹性颗粒聚合体相比,弹塑性颗粒聚合体的损伤模式多为衰变或解体,而非断裂,其原由可以归结为塑性变形引起的额外能量损耗;其他同等条件下,与弹性颗粒聚合体比较而言,弹塑性颗粒聚合体碰撞加载阶段平板撞击力波动振幅较小,加载时间较长,撞击力峰值较大,且峰值出现的时间较晚,而损伤率却较大,其原因可以归结为颗粒间塑性变形对动能损耗、局部结构变化、内部力传播的影响。     

粒径及送风方式对飞机座舱颗粒物分布的影响

通过合理简化波音737-200飞机的座舱,建立物理模型后,用计算流体力学(CFD)方法研究了粒径及送风方式对飞机座舱颗粒污染物分布的影响.用FLUENT软件计算分析了天花板送风和侧壁送风方式下飞机座舱内的流场;并在座舱中设置污染源,瞬态释放了1μm、10μm、20μm三种粒径的颗粒物,在机舱设置了不同的颗粒物浓度监测点并对整个机舱内颗粒物的浓度随释放后时间的变化情况进行比对,研究了这三种粒径的颗粒物在两种送风方式下的分布情况与排除速率.研究结果表明:粒径越小,颗粒物在机舱内扩散能力越强;天花板送风时,颗粒物更易集中于机舱中间过道及机舱后侧,且颗粒物排出速率与粒径成反比;侧壁送风时,颗粒物更易集中于机舱两边侧壁及机舱前侧,且粒径大小对排除速率的影响与释放后的时间有关.     

多参数对三体摩擦界面剪切膨胀过程的影响

运用离散元法构建了一个双平行板剪切模型模拟无限剪切运动,重点研究颗粒体系受剪切时的膨胀现象.通过控制载荷、速度、颗粒间摩擦因数、颗粒层数、颗粒粒径等变量进行模拟,得到三体摩擦界面的剪切膨胀个数和剪切膨胀持续时间随输入变量改变的变化情况,进而分析参数变化对剪切膨胀过程的影响.结果表明:输入变量数值的变化会改变颗粒间力链形态,进而影响三体界面剪切膨胀;在 0.64mN~2.56mN 之间,剪切膨胀个数的增长是由于剪切膨胀持续时间或者整体运动阶段所占时间比降低带来的;剪切膨胀持续时间主要受颗粒间接触网络阻力的影响;剪切膨胀个数随载荷、摩擦因数、颗粒直径的增大呈现出先增多后减少的现象,随着速度、颗粒层数的增大而增多;剪切膨胀持续时间随着摩擦因数、颗粒直径的增大而增加,随着载荷、颗粒层数的增大而减小,但几乎不受速度变化的影响.     

溜槽对高炉无料钟布料粒度偏析的影响研究

为研究溜槽对高炉无料钟布料偏析的影响,采用离散元方法模拟了无料钟卸料过程,得到了溜槽上颗粒的速度分布,布料结果的径向、周向粒度分布,并分析了溜槽内表面的键槽、截面形状和倾角对粒度偏析的影响规律,结果表明:(1) 溜槽上的键槽会引起布料结果周向偏析;(2) 溜槽方形截面较圆形截面更有利于精确的径向布料;(3) 不同溜槽倾角下,径向偏析不同, 结果为高炉布料工艺的设计及炉料分布的精确控制提供科学依据.     

基于离散元法的SLM刮刀倾角对粉末铺展行为的影响研究

刮刀倾角对选区激光熔化过程粉末铺展行为有重要影响. 基于离散元法建立铺粉数值模型, 对不同刮刀倾角的铺粉过程及粉层质量进行模拟研究. 针对不同的刮刀倾角, 提出一个量化指标对粉层铺展的致密度和均匀性进行综合评估, 获得刮刀倾角对粉层质量的影响规律. 根据颗粒分布及运动特征将粉堆颗粒体系划分为底层区、斜坡区、刮刀影响区和内部区4个区域. 针对各区域进行铺粉过程动力学机理的深入研究, 包括颗粒运动轨迹和速度场、刮刀前方剪切带、颗粒间力链分布及演化等. 研究发现: 刮刀倾角小于0时, 颗粒体系难以形成完整的环流运动, 剪切带较小, 流向沉积层的颗粒较少, 颗粒间强力链较少, 刮刀间隙前方易形成力拱导致颗粒堵塞, 进而形成空斑使得沉积层的致密度和均匀性较低. 刮刀倾角大于0时, 颗粒体系的环流运动较充分, 剪切带较大, 流向沉积层的颗粒增多, 随倾角增大强力链增多, 刮刀压实作用增强, 有利于沉积层致密度和均匀性的提高. 本研究为优化工艺参数、提高粉层沉积质量提供了理论基础.     

颗粒毛细效应影响因素的离散元分析

颗粒毛细效应是指将一根细管插入填充有颗粒物质的容器中并对管施加竖直振动时颗粒在管内上升并最终达到一个稳定的高度的现象,该现象为颗粒物料的逆重力输运提供了一种潜在的技术途径.为探究颗粒毛细效应的影响因素,采用离散元方法,模拟再现了颗粒毛细效应过程,展示了不同管径下颗粒竖直方向速度演变特性,考察了不同容器宽度和振动条件下颗粒最终毛细上升高度随管径的演变规律.结果表明,在容器宽度与粒径比为40、管振幅与粒径比为14.33、管振动频率为12 Hz情况下,管径与粒径比D/d=3.33时,管内颗粒堵塞严重,使得颗粒上升缓慢,并造成颗粒柱中断; D/d=8.33时,起初毛细上升高度增加迅速,随后毛细上升高度的增大逐渐减缓,管内颗粒在管径方向几乎不存在速度梯度; D/d=15时,随着颗粒毛细上升高度的增大,管内颗粒柱分离为速度截然不同的两层,上层颗粒在管径方向几乎不存在速度梯度,而下层颗粒存在明显的速度梯度.研究还发现,在毛细效应能够发生的管径范围内,存在一个对应于颗粒最终毛细上升高度最大值的临界管径,当管径小于临界管径时,颗粒最终毛细上升高度随管径的增大而增大,当管径大于临界管径时,颗粒最终毛细上升...