离散元法

摘要： 介绍了离散元法(DEM)在磨矿领域的应用背景;解释了DEM中Hertz-Mindlin接触模型和颗粒黏结模型的基本原理;分类综述了DEM在球磨机、搅拌磨机和自磨机/半自磨机等三类磨矿设备及参数优化研究中的应用现状;指出了DEM在磨矿领域研究中的独特优势及其发展方向.

摘要： 针对深松整地装备应用于海南省热带农业区香蕉地时,存在作业阻力大、松土面积小及地表平整度差等问题,本文基于海南香蕉地砖红壤土的物理特性,设计一种可有效降低作业阻力的斜柄折翼式深松铲。运用离散元法建立3层土壤颗粒虚拟仿真土槽模型,使用Hertz-Mindlin with JKR接触模型进行了斜柄折翼式深松铲与直柄凿式深松铲的作业性能对比仿真。结果表明,在确保深松效率的前提下,进行了深松铲最佳作业速度仿真试验,得出斜柄折翼式深松铲的最佳作业速度区间为3.24~3.96 km/h;相较于直柄凿式深松铲,斜柄折翼式深松铲工作阻力降低了16.2%,地表平整度提高了25.9%,深松后沟槽宽度减小了36.3%;田间试验结果表明,斜柄折翼式深松铲和直柄凿式深松铲在耕作阻力、地表平整度、深松沟槽宽度实测值与仿真值之间的误差不超过2%,仿真结果可靠性高。仿真分析与田间试验表明,相较于直柄凿式深松铲,斜柄折翼式深松铲在作业过程中对地表轮廓破坏较小,能有效降低对土层的扰动并增大松土面积,作业后地表平整度高、沟槽宽度小,从而能够更好地适应热带农业区香蕉地的作业环境。

摘要： 颗粒形状是影响堆石料力学特性的重要因素,值得深入研究。以爆破堆石料为研究对象,采用离散元软件PFC3D根据真实颗粒形状建立不同球度的单颗粒模型。分别生成不破碎和可破碎试样并进行三轴剪切试验模拟,分析颗粒球度对堆石料力学特性的影响及细观机理。研究结果表明:颗粒球度通过影响试样内颗粒咬合和颗粒破碎,进而影响堆石料力学特性;颗粒强度高、围压低时,球度越小,颗粒间咬合程度越高,试样峰值摩擦角越大;当颗粒强度低、围压高时,球度越小,颗粒破碎越显著,试样峰值摩擦角越小;堆石料初始弹性模量随围压与颗粒球度的增大而增大,但与颗粒是否破碎关系不大。

摘要： 首先,提出了一种胶结型水合物沉积物离散元试样的生成方法,并采用FLAC3D和PFC3D耦合方法创建了侧面柔性边界条件,生成了不同饱和度的水合物试样;其次,考虑水合物的胶结效应,引入线性平行胶结模型并由室内试验结果标定了接触模型参数;第三,根据数值模拟结果分析了水合物沉积物的强度和变形破坏特性;最后,从力链和能量角度揭示了水合物在应力传递中的微细观力学机制。研究结果表明:建立的离散元模型能准确计算柔性边界条件下的试样体积变化,其模拟结果与室内试验结果吻合较好;水合物沉积物的黏聚力随着水合物饱和度增加而增大,其内摩擦角与水合物饱和度的关系不大;水合物饱和度对水合物沉积物的应变局部化特征影响很大;水合物颗粒参与力链的形成与演化,水合物饱和度越大,高应力水合物颗粒数目越多,水合物颗粒在力链中占比越大;水合物沉积物的弹性应变能、胶结应变能和摩擦耗能的存储和耗散主要通过砂土与水合物间的接触演化作用完成。

摘要： 为实现小麦精量播种,设计了一种辅助充种、托种种盘的小麦气吸式精量排种器,该排种器能够利用型孔凸台在充种过程扰动种群、增加种群的离散度并提高充种性能;在携种区种子更易在型孔凸台的托持作用下稳定吸附,减小种子所需吸附的负压。运用离散元法仿真分析4种不同排种盘对种群的扰动情况,并加工试制4种排种盘,以转速、气室压强和种盘类型为因素,进行正交仿真试验。通过试验结果的极差和方差分析,确定影响各排种性能指标的主次因素,得出带型孔凸台的排种盘其排种性能最佳,验证了离散元仿真的准确性。最后,采用试验因素的多目标寻优,以合格指数最大,重播指数、漏播指数最小为寻优条件,得出所设计排种器的最佳工作参数:排种盘转速为36.2 r/min,气室压强为-3.7 kPa。对优化后的结果进行相应的试验验证,仿真与台架试验结果相差均小于5。该研究可为小麦气吸式精量排种器优化改进及排种性能提升提供参考。

摘要： 首先使用X-ray CT扫描粗集料,在软件PFC3D中重建粗集料颗粒,按照集料级配设计随机生成各档集料,构建沥青砂浆相,同时结合空隙相的实际分布,在重力作用和伺服机制控制下生成沥青混合料虚拟试件;随后设置合适的接触模型以及微观参数,进行虚拟劈裂试验,对影响沥青混合料低温性能的因素进行分析。结果表明:使用虚拟劈裂试验来研究沥青混合料的低温抗裂性能是可行的;增大沥青砂浆间以及粗集料与沥青砂浆间的黏结强度可以提升沥青混合料的低温抗裂性能;增大粗集料体积分数和空隙率会减弱沥青混合料的低温抗裂性能;粗集料摩擦系数与沥青混合料的低温抗裂性能无明显相关性。

摘要： 本研究旨在揭示建筑废弃物在荷载作用下的宏观永久变形特性及内部结构演化。首先,通过滤纸法测定建筑废弃物的初始基质吸力。然后,通过重复加载动三轴试验揭示不同湿度及应力状态下的建筑废弃物永久变形,并建立一个全面的永久变形预估模型。最后,通过离散元对建筑废弃物在变形过程中的内部结构演化进行分析。结果表明:VAN-GENUCHTEN模型能够较好地描述建筑废弃物的土水特征曲线。永久变形随偏应力和循环加载次数的增加而增大,随初始基质吸力和围压的增加而减小。本研究所建立模型可对永久变形进行较为准确的预估。离散元可以准确地模拟建筑废弃物的宏观永久变形特性,颗粒间的剪切力、嵌挤力和滑移量随着偏应力的增加而增大。研究结果可为循环荷载作用下建筑废弃物的变形稳定性分析提供有效参考。

摘要： 利用离散单元法与流体动力学耦合的方法研究了不同入口流速(0.6、1.2、1.7 m/s)和额定转速(2650、2800、3000 r/min)下单级离心泵内部流场变化、磨损部位、磨损量、输送能力。结果表明:离心泵叶轮叶片尾部易发生空化现象,入口流速对叶片空化现象、出水管道滞留区域产生的影响大于转速的;9种工况下离心泵最大磨损量出现在叶片尾部,转速从2650 r/min变化为3000 r/min时,磨损最严重的部位由叶片1、4尾部变为叶片1、2尾部,叶轮叶片为离心泵磨损最严重的部件,占离心泵总磨损量的38.10%~49.41%;离心泵内沙粒平均停留时间表明,流速对离心泵输送性能的影响大于转速的,入口流速0.6m/s、1.2m/s、1.7m/s下沙粒平均停留时间分别为0.144、0.068、0.052 s,说明随着流速的增加,离心泵输送性能增强。

摘要： 采用离散元法(DEM)对封闭的管式太阳能集热器内颗粒与换热管的换热过程进行研究,模拟不同的管型和管间距对换热性能的影响.结果表明,不同管型的换热效果有较为明显的差距.菱形换热管在水平间距63.25 mm、垂直间距63 mm时有最好的换热性能;六边形换热管在不同的空间排布下均有较好的换热性能;组合圆形换热管在水平间距51.96 mm、垂直间距54 mm时有最高的颗粒出口温度,但出口处颗粒流量最小,总换热量也较小.

摘要： 离散单元法被广泛地应用于颗粒破碎的问题研究中。利用离散元软件PFC-2D对粗粒土一维压缩试验进行数值模拟,可视化压缩过程中颗粒破碎情况和破碎规律。模拟得到了粗粒土一维压缩的log e-logσ曲线,探究初始粒径尺寸、颗粒间摩擦系数、颗粒破碎情况、颗粒破碎准则对于压缩特性的影响。随着初始粒径的增大,压缩系数增大,而屈服应力明显减小;随着颗粒间摩擦系数的增大,压缩系数增大,屈服应力减小;颗粒破碎情况对压缩曲线特性基本无影响;随着破碎准则中分维D的增大,压缩系数增大,屈服应力略有减小。考虑颗粒破碎的粗粒土一维压缩试验离散元模拟为研究压缩曲线的压缩特性提供了新方法,是对室内一维压缩试验的补充。

摘要： 岩土体在宏观上表现为相对连续,而在微观上是由一系列的颗粒、孔隙和裂隙组成的结构系统.微观上的离散和不连续性问题难以通过常规的基于连续介质力学的方法来解决(如有限元法).Cundall和Strack(1979)首次提出了颗粒离散元法(DEM)来研究粒状物质的运动及相互作用.通过近40年的发展,离散元法已经在制药、化工、环境、矿冶和岩土等领域有广泛的应用.

摘要： 土工格栅在使用过程中，一般承受的是轴向拉力，而当拉力达到一定值时，土工格栅容易因超过承拉极限而被拉坏。离散元方法能够很方便直观的模拟土工格栅受拉变形的过程，因而，对土工格栅受拉变形的研究具有重要意义。本文基于离散元法对变刚度土工格栅在细观尺度上进行轴向拉拔模拟,并分析轴向拉力和应变之间的关系.

摘要： 与传统有限单元法相比,离散元法更适合分析非连续介质力学问题.本文基于离散元法对混凝土在细观尺度进行传热数值模拟,并与解析解进行对比.

摘要： 对番茄秸秆碎料的本征参数和接触参数进行测定,以物料自然休止角为判断依据,通过正交试验法标定离散元仿真参数组合,并分别进行仿真试验和样机试验,分析发现:桶内物料颗粒宏观上为对流混合过程;物料颗粒与叶片表面法向方向形成一定角度做发散运动,距离叶片越远,颗粒速度越小;上下叶片之间存在很多湍流区域,无明显直径方向上扩散运动过程;叶片转速提高、螺距增大、填充高度降低都有利于物料混合均匀,揭示的高效混合机理为后期设备的开发与优化提供理论基础.

摘要： 在固态氚增殖包层中,氚增殖剂和中子倍增剂均以球形颗粒的形式堆积在腔体中.分析包层中球床的堆积结构有助于研究包层中球床的热机械性能,有助于分析球床中提氚气体的流动特性.本文基于离散元方法(DEM)进行了球床堆积的数值模拟,分析了球床的堆积因子和配位数分布,并应用离散元法研究了HCCB TBM中U形氚增殖剂球床的堆积结构.结果表明:球床容器尺寸与颗粒大小对球床的堆积密实度影响较大,提高球床-颗粒直径比可显著提高球床的堆积因子.球床中配位数频率最高的为6和7,提高球床-颗粒直径比平均配位数会有所增加.在靠近容器壁面区域,球床堆积因子呈现出振幅逐渐减小的振荡特性,并在球床内部区域趋于稳定.在靠近侧壁面时振荡限制在约3个粒径范围内,在靠近底面时振荡限制在约5个粒径范围内.球床堆积从靠近壁面处的规则有序堆积逐渐过渡到内部区域的随机均匀堆积,表现出明显的壁面效应.壁面效应对球床与壁面间的换热性能和近壁区域提氚气体的流动特性有影响,将在进一步工作中进行研究.

摘要： 为研究复合岩体中隧道开挖的问题,引入考虑胶结尺寸的岩石微观接触模型,以离散元方法为手段,模拟了复合岩体在不同初始地应力条件下隧道开挖引发的破坏过程,就宏观围岩扰动区、最大主应力、胶结破坏进行分析,并讨论了复合岩体情况与均质岩体情况的区别.结果表明:宏观围岩扰动区面积比随地应力的增大而增大,可能导致宏观大变形甚至破坏;地应力10MPa 时,未发生胶结破坏,20MPa、30MPa、40MPa 均发生破坏,胶结破坏数随地应力的增大而增多,且以拉剪和压剪破坏为主;最大主应力从环向看呈下垂水滴状且向下方向最大,在225°,270°和315°方向的最大主应力与离隧道中心的距离成正比;复合岩体在层理面处呈现应力不连续现象.

摘要： 为研究复合岩体中隧道开挖的问题,引入考虑胶结尺寸的岩石微观接触模型,以离散元方法为手段,模拟了复合岩体在不同初始地应力条件下隧道开挖引发的破坏过程,就宏观围岩扰动区、最大主应力、胶结破坏进行分析,并讨论了复合岩体情况与均质岩体情况的区别.结果表明:宏观围岩扰动区面积比随地应力的增大而增大,可能导致宏观大变形甚至破坏;地应力10MPa 时,未发生胶结破坏,20MPa、30MPa、40MPa 均发生破坏,胶结破坏数随地应力的增大而增多,且以拉剪和压剪破坏为主;最大主应力从环向看呈下垂水滴状且向下方向最大,在225°,270°和315°方向的最大主应力与离隧道中心的距离成正比;复合岩体在层理面处呈现应力不连续现象.

摘要： 为研究复合岩体中隧道开挖的问题,引入考虑胶结尺寸的岩石微观接触模型,以离散元方法为手段,模拟了复合岩体在不同初始地应力条件下隧道开挖引发的破坏过程,就宏观围岩扰动区、最大主应力、胶结破坏进行分析,并讨论了复合岩体情况与均质岩体情况的区别.结果表明:宏观围岩扰动区面积比随地应力的增大而增大,可能导致宏观大变形甚至破坏;地应力10MPa 时,未发生胶结破坏,20MPa、30MPa、40MPa 均发生破坏,胶结破坏数随地应力的增大而增多,且以拉剪和压剪破坏为主;最大主应力从环向看呈下垂水滴状且向下方向最大,在225°,270°和315°方向的最大主应力与离隧道中心的距离成正比;复合岩体在层理面处呈现应力不连续现象.

摘要： 为研究复合岩体中隧道开挖的问题,引入考虑胶结尺寸的岩石微观接触模型,以离散元方法为手段,模拟了复合岩体在不同初始地应力条件下隧道开挖引发的破坏过程,就宏观围岩扰动区、最大主应力、胶结破坏进行分析,并讨论了复合岩体情况与均质岩体情况的区别.结果表明:宏观围岩扰动区面积比随地应力的增大而增大,可能导致宏观大变形甚至破坏;地应力10MPa 时,未发生胶结破坏,20MPa、30MPa、40MPa 均发生破坏,胶结破坏数随地应力的增大而增多,且以拉剪和压剪破坏为主;最大主应力从环向看呈下垂水滴状且向下方向最大,在225°,270°和315°方向的最大主应力与离隧道中心的距离成正比;复合岩体在层理面处呈现应力不连续现象.

摘要： 为研究复合岩体中隧道开挖的问题,引入考虑胶结尺寸的岩石微观接触模型,以离散元方法为手段,模拟了复合岩体在不同初始地应力条件下隧道开挖引发的破坏过程,就宏观围岩扰动区、最大主应力、胶结破坏进行分析,并讨论了复合岩体情况与均质岩体情况的区别.结果表明:宏观围岩扰动区面积比随地应力的增大而增大,可能导致宏观大变形甚至破坏;地应力10MPa 时,未发生胶结破坏,20MPa、30MPa、40MPa 均发生破坏,胶结破坏数随地应力的增大而增多,且以拉剪和压剪破坏为主;最大主应力从环向看呈下垂水滴状且向下方向最大,在225°,270°和315°方向的最大主应力与离隧道中心的距离成正比;复合岩体在层理面处呈现应力不连续现象.

摘要： 本发明提供了一种基于遗传算法和离散元分析法的锚固边坡安全性评价方法，主要包括以下步骤：基于现场勘察和仪器监测收集岩质锚固边坡的基础数据；基于离散元分析软件3DEC构建岩质锚固边坡分析计算模型；根据岩体蠕变试验确定蠕变本构模型及蠕变参数范围；基于遗传算法和岩质锚固边坡分析计算模型的响应确定岩质锚固边坡蠕变本构模型的最优参数；基于设定的分析时间，提取岩质锚固边坡的特征变量。根据特征变量的变化情况进行岩质锚固边坡长期安全性评价。本发明的有益效果是：可以有效提高岩质锚固边坡安全性评价的准确性和评价效率，该方法可以为岩质锚固边坡滑坡的演化机理研究与动态安全性评价提供有利条件。

摘要： 一种基于离散元与有限元混合路面样本模型的沙石路面更替法，主要包括：将轮胎接地面区域及近邻区域的沙石路面采用离散单元进行描述得到离散元样本路面；将接近轮胎接地区域且可能发生明显变形但不会发生破坏的沙地路面用有限单元描述得到有限元样本路面；将有限元样本路面和离散元样本路面生成混合样本路面；将所述混合样本路面的信息保存于计算机内存中；复制两份混合样本路面按照前后顺序组成车轮行驶的初始路面；当车轮行驶的距离等于混合路面样本长度时，将第一块路面样本块删除，同时在车轮行驶方向铺设同样的混合样本路面。本发明在保证精度的前提下可以显著提高计算效率，对研究越野车在大规模沙石路面行驶时车辆的通过性具有重要意义。

摘要： 本发明提供一种基于离散元法的刨煤机综合性能评价方法，包括对刨煤机所应用煤层的进行多点取样，对煤样的性质进行测定；确定模拟煤壁中煤炭颗粒之间的粘结参数和煤炭与刨煤机之间的碰撞接触参数；将刨煤机整机三维模型转化为step格式导入离散元软件，并对所述刨煤机与所述模拟煤壁之间的位置关系进行调整，建立系列刨煤机刨削过程的离散元模型；采用系列离散元仿真模型分别对刨削深度、刨削速度、刨刀数目、刨刀排列方式、刨刀间距和刨刀安装角度进行响应分析，根据上述变化规律对刨煤机综合性能进行分析，极大地降低研发成本，提高试验安全性和可靠性。

摘要： 本发明公开了一种离散元法联合有限元法的岩堆支挡结构分析方法，首先通过现场调查确定岩堆的粒径尺寸，然后根据实际工程建立离散元程序PFC2D数值模型并计算土压力，最后将离散元程序PFC2D数值模型计算的土压力结果以荷载的形式输入到有限元模型中进行岩堆支挡结构的稳定性分析。离散元在计算块碎石堆积体的土压力方面有较强的优势，将其土压力计算结果作为有限元模型的荷载边界条件，进行岩堆支挡结构的稳定性分析，可以兼取两者之长，为该类工程问题提供了一种新的解决途径。

摘要： 本发明公开了一种基于离散元法的单螺杆进料优化方法及系统，建立螺杆挤出机整体装配模型和物料颗粒模型，对螺杆挤出机整体装配模型进行几何清理和网格划分得到有限元网格模型，利用有限元网格模型设定螺杆挤出机整体装配模型的仿真参数，根据建立的物料颗粒模型对螺杆挤出机整体装配模型进行仿真获取仿真结果，对螺杆挤出机整体装配模型中螺杆挤出机进料段结构参数进行调整优化，本发明可针对不同物料进行针对性的挤出螺杆结构设计，能够分析物料在螺杆旋转过程中的受力情况和能量变化，改进螺杆进料段的结构和进料系统的空间布置形式，提高进料效率并减少物料对料筒的摩擦、冲击和振动，提高了螺杆进料设计效率，确保了螺杆挤出效果和挤出效率。

摘要： 本发明公开了一种基于离散元法的物料参数标定方法，包括如下步骤根据物料物性参数构建离散元本构模型；设定待标定参数及范围；根据待标定参数及范围进行LHS抽样；将LHS抽样的抽样结果作为输入数据导入离散元本构模型进行离散元模拟；根据LHS抽样结果和离散元模拟的输出数据建立训练集；根据训练集进行神经网络训练以得到待标定参数与离散元模拟的输出数据之间的近似模型；验证近似模型是否满足第一预设条件，若不满足，则扩大LHS抽样的样本量；对近似模型进行遗传算法寻优；根据遗传算法的输出结果进行物料参数的标定。本发明基于离散元法的物料参数标定方法，提高参数标定的效率，通过多种方式对参数标定结果进行验证，提高参数标定的准确性。

摘要： 本发明公开了基于离散元法的SMC模塑料生产用高速搅拌机，包括搅拌机和智能搅拌系统，所述搅拌机包括底座，所述底座上方固定安装有电机，所述电机右侧设置有控制器，所述控制器底部与底座上表面固定连接，所述底座右侧固定安装搅拌机构，所述电机与智能搅拌系统电连接，所述智能搅拌系统与控制器电连接，所述电机右侧固定连接有对接销，所述搅拌机构包括进料筒，所述进料筒与底座固定连接，所述进料筒右侧内壁轴承连接有搅拌柱，所述搅拌柱表面均匀固定安装有若干搅拌叶，所述搅拌柱左端固定安装有对接腔，所述进料筒右侧内壁固定安装有震动器，本发明，具有可智能搅拌原料和搅拌效果好的特点。

摘要： 本发明提供了一种基于离散元法获取钢轨轮廓参数的方法，包括以下步骤：采用离散元法建立具有粗糙表面的钢轨模型；获取所建立的钢轨模型的轮廓线；对所建立的钢轨模型设置轮廓坐标参数的参考线，并基于该参考线获取钢轨模型轮廓线上各点的坐标参数；根据步骤三中所得到的坐标参数绘制钢轨具有表面粗糙度的轮廓图形。本发明根据钢轨的实际几何图形建立离散元模型，模拟钢轨的粗糙型面，仿真结果受环境或其他不可测因素的影响较少，得到的数据较为可靠；并通过离散元模拟钢轨的粗糙型面，并根据图像处理技术提取轮廓线的坐标，技术人员可以根据自身的需求对模型中的参数进行修改，本发明的实用性和灵活性较高。

摘要： 本发明涉及一种基于离散元法的半自磨机衬板形状优化方法，属于矿物加工设备技术领域。对进入半自磨机内的待磨碎矿石的物理力学性能、钢球介质材料特性、半自磨机筒体衬板的材料特性和结构特性的特征参数多点试样采集及参数测量；建立不规则矿石模型、介质颗粒模型，建立离散元仿真接触模型；建立半自磨机筒体三维实体模型，建立离散元仿真模型；采用离散元仿真模型进行不同半自磨机衬板形状模拟仿真实验，获得半自磨机载荷在不同衬板形状条件下碰撞能量损失、碰撞概率及运动情况；确定半自磨机衬板适宜形状参数。本发明为半自磨机衬板形状优化及离散元仿真在工业领域的大规模应用提供了有效的技术手段。

摘要： 本发明公开了一种基于三维离散元法沥青路面性能评价方法，该方法首先通过Python语言生成粗集料，再根据实际路面结构信息设置虚拟路面结构层尺寸范围并计算粗集料体积分数，将粗集料随机添加到路面各结构层中，生成三维离散元虚拟路面结构模型，最后计算虚拟路面结构的性能指数。本发明的评价方法通过计算在荷载作用下的路面力学响应特性，对不同路面结构性能进行评价，具有很强的实用性和可操作性。