砂土堆积试验的组合Clump颗粒离散元模拟

为研究颗粒形状对砂土力学性质的影响,以室内试验结果为基础,采用离散元软件PFC3D模拟了颗粒堆积试验。选取球形度为颗粒形状特征系数,生成一系列球形度为0.33~1.0的Clump颗粒,用PFC软件对颗粒之间分别赋予不同的摩擦系数共模拟了81种试样。通过将模拟结果与室内试验结果对比以验证采用球形度模拟砂土的可行性,探讨了颗粒球形度及摩擦系数对颗粒堆积体宏观响应和细观组构变化的影响。结果表明:组合Clump颗粒试样的最大孔隙比与最小孔隙比与室内实测结果基本一致,验证了该方法的可行性;试样的自然休止角及孔隙率均与颗粒摩擦系数存在正相关关系,平均接触数则随摩擦系数增大而减小;根据颗粒球形度统计结果在离散元中模拟砂土颗粒可直接采用实际颗粒的摩擦系数;该方法对传统散体颗粒的细观模拟研究方法进行了改进,能够弥补离散元中用圆球颗粒模拟不规则颗粒的不足。     

改造型放顶煤支架工作面设备配套技术研究

将两柱掩护式铺网支架改造成双输送机低位插板式放顶煤支架，与配套综采设备进行综采放顶煤开采工业性试验，研究试验时设备设备配套中存在的主要问题，工作面后部刮板输送机前部堆积大量浮煤的原因，是支架前梁间，尾梁间漏煤，以及后部刮板输送机运煤时溢煤共同作用的结果，其中后二者是堆煤的主要原因，最后提出了相应的改进措施，推动了综放开采在义马矿区易自燃煤层条件下的推广应用。     

综掘机刮板运行阻力及链条可靠性

为分析综掘机刮板运行阻力及其链条的可靠性,基于两根链条受载不均匀的特征,采用微分法分析刮板在有载侧的受载荷情况,建立基于物料堆积形态的刮板输送机链条体系静力学模型.利用Matlab模拟计算极端堆积形态下两根链条的受力.利用Ansys-workbenc对圆环链卡链时的静强度进行仿真.研究结果表明:物料堆积形态对两根链条受力不均匀影响较小;卡链时链环弯曲处所受到的最大应力为929.55MPa,变形量为0.32mm.研究结论表明:卡链对链条破坏程度较大,链条体系基于物料堆积形态的静力学模型有助于后续分析刮板链冲击载荷下的运行特性.     

离散化分析不同运行状态下刮板输送机链轮传动系统动力学

链轮传动系统是刮板输送机最关键的系统之一。为了改善刮板输送机链轮传动系统的动力学性能,提高整台刮板输送机的运输性能,对刮板输送机链轮传动系统的动力学进行研究。以大功率刮板输送机为研究对象,通过有限元法离散化分析在不同运行状态下刮板输送机链轮系统动力学。首先离散化刮板输送机链轮,将其划分为若干不同单元,构建链轮传动系统的有限元方程。分别得到机头、机尾链轮的驱动转矩、链条的预紧力及链环和链轮啮合的动力学方程。对大功率刮板输送机链轮传动系统在不同状态下(起/制动、恒速运行和异常载荷状态下)的动力学特性进行研究,获取其机头、机尾等的变化情况,为链轮传动系统的优化提供依据。     

土压平衡盾构改性砂土离散元模型参数反演方法研究

首次将遗传神经网络与三轴试验离散元数值模拟有机结合,用于改性砂土颗粒离散元接触模型参数反演.反演目标是使三轴试验离散元模拟曲线与真实实验曲线误差最小,采用的求解策略是基于遗传神经网络的参数识别.三轴试验的离散元数值模拟为网络提供训练样本,遗传算法映射网络输入与输出样本之间的复杂非线性关系,改性土三轴试验的真实测量曲线为参数反演提供依据.以反演结果为接触模型参数的三轴试验离散元模拟曲线与真实实验曲线相吻合,为改性土离散元接触模型参数的确定提供了有效和准确的方法,为进一步的盾构密封舱压力分析奠定了基础.     

刮板运输机的检修与维护

刮板输送机是矿山运输机械的重要组成部分,是煤矿用来输送物料的重要运输工具。它是由中部槽,链条,刮板及牵引系统组成。其中,中部槽是刮板输送机的重要部分,钢制的中部槽已有近百年的历史,在长期的使用过程中存在以下缺点:1.重量大,安装和搬运费时费力;2.中部槽一般是由6～15mm的钢板制成的,在受到较大的冲击时易变形,修复比较困难;3.耐腐蚀性差;4.耐磨性差;5.物料与中部槽的摩擦系数大,刮板输送机的功率大部分消耗于物料与中部槽的摩擦力上,造成了能耗过大,投资增加。用超高分子量聚乙烯制造的中板,可解决钢制中板所存在的问题,得到塑料刮板输送机。对于小型刮板输送机可以通过该超高分子量聚乙烯来制造刮板输送机。对于上面行走采煤机的大型刮板输送机,要采用钢塑复合的方法,用超高分子量聚乙烯作为衬里,提高大型刮板输送机的耐磨性,延长使用寿命,降低摩擦系数,从而降低功率消耗并降低对牵引,传动系统的要求,这对大型刮板输送机有巨大的意义。     

几种颗粒物质堆积的崩塌角

以经过筛选的颗粒物质为研究对象,采用固定漏斗法进行颗粒物质堆积.在堆积过程中录像,记录颗粒堆积过程.录像视频处理为图片后,再采用"CorelDraw"软件作数据处理,计算得出颗粒物质黄米、小米和油菜籽在堆积过程中的堆积角,得到堆积角随时间的变化关系,测得堆积崩塌角和静止极小角.结合已测得的颗粒物的物理参数,分析颗粒物的表面摩擦系数和颗粒堆积密度对颗粒物质堆积的稳定性的影响.研究发现,颗粒物质的表面摩擦系数和堆积密度越大,堆积的崩塌角越大.     

牛圈沟滑坡离散元数值分析

采用离散元方法,对5·12汶川地震诱发的牛圈沟滑坡动力过程进行数值模拟,通过与实际滑坡堆积形态和运动特点对比反演离散元模型参数,分析了不同基底摩擦系数时滑坡运动距离、堆积形态、内部颗粒运动规律以及运动过程的能量转换关系,有效地再现了地震诱发的滑坡动力过程,为西南地区潜在灾害预测与防治提供理论支持和技术指导.     

石膏颗粒接触试验研究

利用岩石双轴流变试验仪,研究了石膏试件在单轴压缩和颗粒接触条件下的力学特性和破坏模式.结果表明:圆柱单轴压缩试件破坏模式为均匀受力下的一次性剪切破坏,球形颗粒接触试件破坏模式为应力集中下的颗粒破碎多次破坏;在利用离散元模型进行模拟时,同种材料单轴压缩试验的细观参数与颗粒接触试验的细观参数相差较大,不同的受力情况需要分别进行标定.     

基于加州承载比试验的隧道弃渣颗粒接触力场形状影响因素分析

对级配碎石而言，不同的颗粒表面性质会影响颗粒接触力场形状、大小及梯度，进而改变试样所受约束力。分析CBR试验过程中试样侧板及底板的受力演变，探究试样颗粒细观参数对试样颗粒接触力场及试样约束力的影响。通过对比不同刚度比、摩擦系数与粘结强度（设定其比值为1下）对试样接触力场形状的影响，发现：以刚度比值6为界，随法向刚度的增大，颗粒接触力场长细比先增加后减小；随摩擦系数或粘结强度增大，接触力场长细比相应减小。考虑颗粒相对运动中粘结强度比中法向及切向参数作用不同，以粘结强度比4为界，随法向粘结强度增大，其接触力场长细比先增加后减小；随切向粘结强度增大，所得接触力场长细比变化趋势则为先减小后增加。可为研究隧道弃渣制成的级配碎石颗粒细观参数与其接触力场形状间关联性提供一定参考     

苏北粉土非线性特性离散元模拟与参数分析

离散元法对颗粒系统进行动态分析,在离散颗粒单元接触分析与宏观响应间建立联系,使其成为试验手段分析细观特性的有益补充.采用三维颗粒离散元程序YADE进行了颗粒细观参数的参数分析,分析细观参数对三轴试验宏观响应的影响.研究表明：弹性模量和泊松比不仅与接触法向刚度和刚度比有关,同时随粒间摩擦角变化;而固结和剪切两个阶段粒间摩擦角控制了试样的剪胀水平和孔隙率向临界孔隙率的发展趋势.根据参数分析结果,提出了改进的三轴试验细观参数的标定步骤,并对室内试验进行模拟.模拟结果与室内试验结果较为吻合,表明该数值方法应用于三轴非线性变形特性研究具有可行性.     

变拓扑四面体机器人攀爬安全性与参数分析

变拓扑四面体机器人是基于自主纳米群技术的一种具有多重自由度的机器人系统,由可伸缩结构(伸缩杆)和连接部分(节点)组成的四面体结构为基本单元。分析了机器人沿壁面攀爬运动的典型过程,并利用ADAMS软件进行了动态仿真实验。分析了攀爬过程的安全性问题,给出了机器人在垂直壁面和倾斜壁面的静态安全性条件,同时分析了接触力与静摩擦系数对运动特性的影响。结果表明:接触力与静摩擦系数为影响攀爬特性的关键参数,接触力和静摩擦系数越小,在一个运动周期中机器人的有效位移越小,负向速度越大,两者过小时将会导致运动的失效。     

用于静摩擦力计算的接触界面势能模型

为从理论上直接计算光滑接触平面的静摩擦力和静摩擦系数，从微观上探讨了同种金属材料摩擦副静摩擦力产生的机制，利用金属晶体的强体积效应特征构造出简化计算静摩擦力的接触界面势能模型，根据通用粘附能量函数计算接触界面势能的变化，利用能量原理计算出静摩擦力和静摩擦系数，并建立静摩擦力与固体表面能、材料微观结构参数等的关系．利用已有的试验数据进行计算，其结果具有明显的规律性，并且与超高真空原子力显微镜观察到的铜试样的试验结果吻合较好，表明所提出的方法可行．由于表面能可以灵敏地反映摩擦接触界面的状况，采用所提出的方法有望提高计算精度．     

粗粒土大型静止侧压力系数测定试验的颗粒流模拟

静止侧压力系数K_0是粗粒土重要的力学参数。采用基于离散元理论的颗粒流数值分析和室内试验相结合的方法,建立了粗粒土大型静止侧压力系数试验的三维颗粒流模型,模拟结果与室内试验具有良好的一致性。在总结数值试验结果的基础上,分析了粗粒土的位移和力链的细观变化过程,并研究了不同竖向应力下细观参数与K_0的关系曲线,探讨孔隙率、颗粒摩擦因数、切向刚度、法向刚度等参数对粗粒土K_0的影响规律,并建立了细观参数和粗粒土K_0的函数关系。结果表明:相同竖向应力下试样K_0随着孔隙率的增大逐渐增大,但增大趋势趋于平缓;试样K_0与摩擦因数存在线性负相关关系;在相同竖向应力下,试样法向接触刚度越大或切向接触刚度的越大时,K_0越小。     

考虑咬合修正系数的自密实砂浆3D-DEM模型

在自密实砂浆的3D离散元模拟(discrete elementmethod,DEM)中,为了准确模拟其摩擦特性,降低单元间相互咬合引起的阻碍作用,该文采用咬合修正系数(engagingfactor,fe)对砂浆单元接触模型进行修正。计算单元接触力时,将与运动方向相反的作用力乘以fe后进行合力的计算。采用自主开发的离散元程序对剪切算例进行数值模拟,验证了fe可有效降低单元间阻碍作用,抗剪摩擦力最大可降低85%以上。对自密实砂浆的摩擦性能进行实验研究并对结果进行模拟,结果表明:通过选取合适的fe和接触参数,模拟结果与实验结果比较吻合。     

基于光纤技术和有限元计算的灌注桩承载特性

为了掌握灌注桩的承载力及桩身受力分布和传递规律,本文开展了灌注桩现场静载试验,并使用光纤传感器对灌注桩桩身变形进行了测试,获得了桩身应变信息。采用有限元软件ABAQUS,开展了灌注桩承载特性数值模拟研究。结果表明,静载试验得到的桩基Q-S曲线和数值模拟测得的桩基Q-S曲线基本一致;光纤传感器所得结果显示桩身轴力在桩头处是最大的,随着桩长增加而逐渐递减,整体变化规律与数值模拟结果规律一致;灌注桩实测桩身侧摩阻力沿桩长变化规律与数值模拟得到的受力分布和传递基本一致,验证了有限元计算模型中选取的参数是合理的。考虑了桩长、桩径和桩土界面摩擦系数对桩基Q-S曲线、桩身轴力分布和侧摩阻力分布的影响,桩径和桩土界面摩擦系数对桩基的Q-S曲线、桩身轴力分布和侧摩阻力分布的影响很大,而桩长的影响较小。     

自旋摩阻动力学模型与实验研究

设计环形摩擦片在变法向力和恒定法向力两种情况下的自旋摩阻实验, 验证经典自旋摩阻模型在接触区域法向接触力连续变化条件下的适用性, 研究局部摩擦性质的速度依赖性对自旋摩阻的影响, 建立基于Stribeck效应的自旋摩阻模型。该模型对精确分析包含相对转动的空间运动体动力学具有重要意义。     

非饱和土力学行为的三维离散元分析

基于离散单元法颗粒流理论,土体颗粒单元间采用Hill接触模型来考虑非饱和土中吸力的作用,建立了非饱和土的颗粒流模型。根据室内试验结果对模型细观参数进行标定,开展了固结排水三轴剪切试验离散元数值模拟,揭示了在不同围压和吸力下,模型试样的应力-应变关系与强度特性等宏观力学性质以及细观信息平均配位数的变化规律。根据不同吸力下的莫尔-库伦破坏包线,建立了吸力与抗剪强度参数之间的关系。此外,通过标定室内试验结果中不同含水率下的应力-应变曲线,建立了Hill模型中吸力与含水率的关系。研究结果表明：Hill接触模型可以较好的模拟非饱和土的力学行为,可为非饱和土的离散元模拟提供参考。     

考虑转动阻抗对砂力学特性影响的离散元分析

基于离散元法进行一系列砂真三轴剪切模拟试验,探讨了颗粒间转动阻抗对砂宏细观力学特性的影响。分析了不同抗转动系数下砂的力学特性,并从细观角度解释了转动阻抗的影响机制。结果表明:随着抗转动系数的增加,偏应力峰值及其对应的峰值内摩擦角相应增加,同时应变软化现象逐渐加剧。在细观层面,从有效配位数、概率密度、颗粒间法向接触力和各向异性的角度分析转动阻抗的影响机理。研究进一步发现,转动阻抗抑制了砂颗粒之间的相对转动,导致砂颗粒之间的平均配位数降低;砂颗粒间强接触力概率密度及接触力大小均随着抗转动系数的增大而增大;通过三维直方图直观定性分析由不同转动阻抗对法向接触力以及应力诱发各向异性的影响,同时结合第二不变量表征组构张量和法向接触力张量的各向异性,发现各向异性系数均随着抗转动系数的增大而增大。     

摩擦参数对压电执行器振动特性的影响

提出了一种考虑运动学和振动解的摩擦振动模型,并用迭代法求解了压电执行器在运动体摩擦力作用下的振动响应.通过数值模拟和参数分析研究了运动体的速度v,正压力F_○N,相对滑动速度控制系数的延迟率C,静摩擦系数μ_○S及其下限μ_D,阻尼比ξ对于动态摩擦力和振动特性的影响趋势.结果表明压电堆的振幅随着F_○N,v,μ_S和C的增加而变大,随着μ_D和ξ的增加而减小.F_N和μ_S影响最大静摩擦力,μ_○D影响滑动摩擦力,v和C对黏着状态与滑动状态的转换以及摩擦状态转换过程中摩擦力的变化有明显的影响.