冲击载荷下颗粒碰撞的SPH法数值模拟

颗粒高速碰撞问题是冲击动力学领域中的一个重要研究方向。本文利用SPH无网格方法,建立了三层10颗粒SPH质点模型,对冲击载荷作用下无氧铜颗粒高速碰撞过程进行了二维数值模拟,得到了四种不同冲击速度下的颗粒变形结果。对结果对比分析后发现,对于直径为1 mm的铜颗粒,只有当冲击速度达到300 m/s时颗粒碰撞才会形成射流及侵彻,射流速度约为1500 m/s。研究结果表明射流的形成是颗粒高速碰撞形成牢固结合的重要条件。     

金纳米颗粒烧结的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了不同尺寸Au纳米颗粒在烧结过程中晶型转变及烧结颈长大机制.研究发现纳米颗粒的烧结颈生长主要分为两个阶段:初始烧结颈的快速形成阶段和烧结颈的稳定长大阶段.不同尺寸纳米颗粒烧结过程中烧结颈长大的主要机制不同:当颗粒尺寸为4 nm时,原子迁移主要受晶界(或位错)滑移、表面扩散和黏性流动控制;当尺寸在6nm左右时,原子迁移主要受晶界扩散、表面扩散和黏性流动控制;当颗粒尺寸为9 nm时,原子迁移主要受晶界扩散和表面扩散控制.烧结过程中Au颗粒的fcc结构会向无定形结构转变.此外,小尺寸的纳米颗粒在烧结过程中由于位错或晶界滑移、原子的黏性流动等因素会形成hcp结构.     

液环泵喷射器内流场及其与液环泵匹配特性

为研究喷射器内流场特性及其与液环泵的匹配关系,在液环泵进口前串联喷射器,通过数值模拟和试验相结合的方法对液环泵喷射器系统内流动进行研究,分析喷射器内部超声速射流产生的激波现象及其与边界层相互干扰引起的流动分离复杂流动结构,研究不同尺寸喷射器和液环泵的匹配关系及其对泵性能的影响机理.结果表明:喷嘴出口在压差作用下产生超声速射流,形成规则分布的激波串,激波与边界层相互干扰引起了流动分离,压力、密度和马赫数等参数在喷嘴出口呈振荡分布;液环泵进口前串联大气喷射器,在合理的匹配条件下能提升系统吸入口的真空度及流量,改善液环泵进口的工作条件;一定范围内随着喷射器几何尺寸的增大,引射真空度逐渐增大、泵进口吸气量逐渐提升,喷射器有效工作范围增大.     

Al-Li合金中δ′(Al_3Li)颗粒尺寸对位错运动的影响

测定了 Al- Li合金不同条件下δ′(Al3Li)相的颗粒半径和体积分数 ,研究了δ′颗粒尺寸及体积分数对位错运动方式的作用。结果表明 ,如果δ′颗粒的平均尺寸小于临界尺寸 ,δ′颗粒被位错切割 ,反之 ,则形成奥罗万 (Orowan)位错环 ;当相同柏氏矢量的成对位错切割δ′颗粒时 ,会消除先行位错形成的反相畴界 ,当不同柏氏矢量的成对位错切割δ′颗粒时 ,需要增大外力 ,这使得合金的强度得到进一步提高     

离心泵内部盐析晶体颗粒分布特性

在两相混合模型的基础上,加载群体平衡模型,采用分组法对离心泵内部盐析两相流场进行数值模拟,得到了3种不同工况各尺寸盐析晶体颗粒的分布特性.预测了离心泵内液固两相流场中晶体颗粒的分布规律,与本项目前期试验结果总体趋势比较吻合,验证了群体平衡模型用于模拟伴有盐析现象两相流动的可行性.计算结果表明:叶片流道内,从压力面至吸力面颗粒平均粒径逐渐减小,流量增加,粒径较大颗粒向压力面聚集现象更加显著;涡室内颗粒平均粒径呈现的分布特征:主流区最小,内壁附近较大,离叶轮较远的壁面拐角处最大.此外,受相间传质及颗粒微观行为影响,不同粒径颗粒的组分数分布差异较大,从叶轮进口至出口,大粒径颗粒组分数逐渐增高,而中、小粒径颗粒的组分数分布趋势与之正好相反.     

空气环境中水滴和半空间弹性体撞击力学行为的数值模拟

通过将拉格朗日方法与欧拉方法相耦合,分析了在空气环境中直径为1 mm、速度为150 m/s的球形水滴对半空间弹性体的撞击过程.通过对液固撞击过程的数值模拟,给出了撞击过程中水滴内部的压力分布及其随时间的变化、液固接触边缘射流的形成及其破碎的过程、被撞击固体的变形特点和等效应力及其随时间的变化.结果表明:水滴和被撞击固体的可压缩性对整个撞击过程有重要影响;在撞击的初始阶段,水滴中产生水锤压力并使固体表面产生相对很大的变形和应力,水锤压力的理论值和数值计算的结果具有较好的一致性,验证了耦合数值计算方法的可行性和精确度;射流出现的时间比激波脱体的时间晚,高速射流对不再平坦的固体表面的强烈剪切作用使固体进一步变形,并且液固接触边缘的压力高于内部的压力.     

颗粒堆底面压力凹陷的离散元模拟分析

颗粒堆底面中心出现正压力凹陷现象,与颗粒堆的形成方式具有相关性.本文通过离散元PFC2D颗粒流方法对颗粒堆的形成过程进行模拟:包括颗粒的生成,通过漏斗口自由下落,以及在底面堆积形成颗粒圆锥状颗粒堆.得到形成的颗粒堆体底部压力分布与室内物理模型试验结果较吻合,呈现中心部位压力凹陷的分布形态.基于堆体内部主力链分布形态和粒...     

爆炸驱动颗粒多相材料形成射流的实验研究

为研究近场过程中射流结构的发端和成长,通过高速摄影技术记录干燥及未饱和沙壳在爆炸流场中的动态破碎过程,得到了沙壳破碎发端的临界条件,不同饱和度的沙壳形成射流的数目和平均质量,以及射流体质量的累积分布. 研究结果表明,少量的间隙液体,即使质量分数仅为3.22%,也足以明显推迟未饱和沙壳破碎的发生,使得所形成的射流结构明显增密,这种增密效应一直延续到液体的饱和度达到64.8%. 同时随着饱和度的增加,射流的质量分布也明显收窄,趋向于其特征质量. 炸药的类型对爆炸驱动形成的射流结构也有明显的影响,高爆速的8701驱动的颗粒射流结构明显比TNT驱动的射流结构更细密,且分布更均匀.     

Al—Li合金中δ′（Al3Li）颗粒尺寸对位错运动的影响

测定了Al-Li合金不同条件下δ′（Al3Li）相的颗粒半径和体积分数，研究了δ′颗粒尺寸及体积分数对位错运动方式的作用。结果表明，如果δ′颗粒的平均尺寸小于临界尺寸，δ′颗粒被位错切割，反之，则形成奥罗万（Orowan）位错环；当相同伯氏矢量的成对位错切割δ′颗粒时，会消除先行位错形成的反相畴界，当不同柏氏矢量的成本对位错切割δ′颗粒时，需要增大外力，这使得合金的强度得到进一步提高。     

高压对砂性颗粒材料破碎力学性能影响分析

砂土小应变条件下动力特性的细观分析是解决工程微振动实践问题的重要依据。越来越多的大型基础设施的建设导致高压条件下,砂土的动力特性会因为颗粒材料状态的变化而发生改变。本文通过Ottawa砂,福建砂,粉煤灰三种不同颗粒材料在高压条件下应力应变、剪切波速、压缩波速以及K0等土力学参数的演化过程对砂性颗粒的动力特性进行研究。研究结果表明,三种砂性颗粒在7MPa左右压力下会产生破碎;颗粒的剪切波速和压缩波速会随着压力的增加而增加。K0在加载过程中增量较小,但是在卸载时会随着压力的减小而大幅增加;同时验证了弯曲压缩元可以在高压条件下可以正常工作。     

可压缩气体中粘性液体射流分裂与雾化机理

采用空间线性稳定性分析方法对可压缩气体中的三维粘性液体射流分裂与雾化机理进行了研究,得到了具有普遍三维扰动形式的、描述射流自由表面扰动发展的色散关系.影响射流分裂与雾化的参数有Reynolds数、Weber数、气液密度比及气体介质相对于射流运动参考系的Mach数.Reynolds数、气液密度比和Mach数在射流分裂与雾化过程中总是起着不稳定性的作用.Weber数的作用较复杂,当Weber数较小时,气液界面上的扰动增长率随着它的增大而减小;当Weber数较大时,它在射流分裂与雾化过程中起着不稳定性的作用.     

超细分级机进料管内颗粒分散的数值模拟

采用欧拉-拉格朗日模型对超细分级机进料管内的气固两相流进行了数值模拟。通过引入颗粒浓度分布不均匀度,建立了颗粒分散性的评价方法,对比分析了导流片数量、尺寸、间距分布形式、入口风速、入口固体浓度、粒径对颗粒分散性的影响。结果表明:导流片的添加能提高颗粒的分散性;随着入口风速的提高,颗粒分散性逐渐提高,当风速大于13.6m/s时,分散性变化不大;随着入口固体浓度的增加,颗粒分散性降低;随着粒径的增加,颗粒浓度分布不均匀度增加,颗粒的分散性变差,当粒径大于50μm时,颗粒分散性基本不变。     

双错位浮环轴承流体动力特性研究

本文采用简捷有效的边界元方法研究了双错位浮环轴承油膜的流体动力特性,计算并给出了轴颈表面和浮环的内表面的压力在不同偏心率下变化的规律曲线比较图,以及浮环外表面压力在不同偏心率下变化规律比较图,另外还给出了润滑剂的流场及轴承表面的压力变化规律．     

异性导电媒质对直流接地极跨步电压分布的影响

为了研究异性导电媒质对直流接地极跨步电压分布的影响,通过CDEGS建立水平双圆环直流接地极模型,计算极址外部附近以及极址区域内存在异性导电媒质时的跨步电压分布.结果表明:当接地极极址外部附近存在一块高(低)电阻率的异性媒质时,将会使外环靠近异性媒质区域的溢流密度及跨步电压下降(升高);当极址内部的表层局部区域存在一块高(低)电阻率的异性媒质时,将会使位于异性导电媒质的环段的溢流密度下降(升高),但跨步电压却反而增加(降低);当极址内部的下层局部区域存在一块高(低)电阻率的异性媒质时,将会使位于异性导电媒质的环段的溢流密度和跨步电压同时降低(升高).研究成果可为直流输电工程中接地极设计及选址提供参考.     

微细粒混合磁选精矿分级—分散浮选试验研究

针对东鞍山混合磁选精矿进行了预先分级—强化分散浮选试验研究，同时结合沉降试验、动电位测试、浊度测试等分析了分选效果改善的原因.在最优条件下分级—分散浮选闭路试验可获得精矿铁品位66.24%、铁回收率79.47%的浮选指标，与单一分散浮选的闭路试验相比，精矿铁回收率提高了4.47%.沉降试验和浊度测试表明，分散剂柠檬酸及粒度组成均会影响赤铁矿-石英混合矿的分散特性，柠檬酸主要吸附在赤铁矿表面从而增大矿粒间的静电斥力，优化粒度组成实现窄级别浮选则会进一步减弱矿粒间的非选择性团聚(罩盖)，为后续浮选分离创造有利条件，这也与DLVO理论及团聚动力学的分析结果基本一致.     

用双曲正切和反正切函数拟合面波频散曲线的适应性分析

双曲正切函数和反正切函数的形态与面波频散曲线较相似,将其用于频散曲线拟合可减少数据噪音对反演稳定性的影响。这两类函数的曲线形态都是单调变化的,无法完全刻画某些特殊地层结构形成的频散曲线的复杂变化情形,如果用这两类曲线来拟合频散曲线则会存在本质上的模型误差。通过一系列正演模拟,分别运用这两类曲线拟合随层厚、P波速度、S波速度和密度变化模型的频散曲线,定量分析每个参数的变化对拟合误差的影响。结果表明,拟合结果随着P波速度、密度和层厚变化的分布很稳定,误差值保持在0.03~0.11。在S波速度随深度单调增加的情况下,拟合误差变化起伏比较大,误差范围为0.00~0.14,表明这两类三角函数模型的适应性会随着地层间S波速度差异的增大而降低。当模型中含有一定厚度的倒转低速层的时候,拟合误差可高达0.30,表明双曲正切函数和反正切函数频散曲线模型均不适用于拟合含强烈反差的低速倒转地层的频散曲线。实验发现,严重影响频散曲线拟合的误差突跳难题,可以通过多个随机种子的组合得到有效解决。     

颗粒形状对钙质砂最终级配影响的试验研究

为探究颗粒形状对大剪切应变条件下钙质砂最终级配的影响,采用环剪仪和Morphologi G3对取自我国南海的钙质砂进行了一系列环剪试验和颗粒形状分析。试验结果表明:钙质砂在剪应力作用下发生颗粒破碎导致其级配变化,当环剪的剪应变达到50 000%时,钙质砂级配趋于稳定;级配稳定的钙质砂试样被替换成未发生过破碎的相同级配钙质砂试样后,由于替换前后颗粒的形状不同,导致试样在剪应力作用下继续发生颗粒破碎,试样重新稳定时颗粒级配分形维数相较于原稳定状态时的分形维数有一定程度的增加。     

基于Goodman单元的顺层边坡爆破动力响应数值模拟

为了研究爆炸荷载作用下顺层边坡岩体的动力响应,采用数值模拟的方法对边坡坡面及岩体内部质点振速、应力场的分布规律进行分析,采用Goodman单元模拟岩体内部软弱结构面.结果表明：边坡台阶处坡形的变化会导致质点振速和应力值波动明显,台阶突出部位"鞭梢效应"显著,但质点振速与应力并非在边坡坡面的同一位置达到峰值,因此将质点峰值振速或应力值作为评价边坡稳定性的单一指标并不合理;岩体内部质点的动力响应规律主要与介质阻尼、结构面以及边坡形状等因素有关,结构面的存在会造成爆炸应力波的反射叠加,质点振速和应力值在结构面之前也有一定程度的放大;边坡自由面对应力波的反射叠加效应不应忽视.     

半导体制造用碳化硅粉体偶联剂表面改性

 采用KH-550硅烷偶联剂对SiC粉体进行表面改性,通过单因素实验及正交试验确定出改性过程最优化工艺参数：反应温度90℃,反应时间4h,KH-550硅烷偶联剂用量1.5g,并通过扫描电镜、X射线衍射仪、红外光谱仪、激光粒度分析仪对制备的改性粉体进行表征,分析改性对SiC料浆分散稳定性的影响。结果表明,SiC微粉经偶联剂处理后没有改变原始SiC微粉的物相结构,只是改变了其在水中的胶体性质;中位径d_0.5略有减小,粒度分度分布范围变窄,扫描电子显微镜(SEM)显示微粉团聚现象减少,分散性得到改善;改性SiC微粉与原始SiC微粉相比,表面特性发生了很大变化,在酸性条件下Zeta电位有显著的提高,pH值为3.78时,Zeta电位获得最高正电位为41mV,悬浮液的分散稳定性得到明显改善。     

可压缩气体中的三维粘性液体空心柱射流稳定性分析

针对可压缩气体介质中的空心圆柱形粘性液体射流建立了三维模型,并对射流的空间稳定性进行了分析.影响扰动增长率的无量纲参数有Reynolds数、Weber数、气液密度比、气体介质相对于射流运动参考系的Mach数及空心柱内半径与液膜厚度比.Reynolds数在液体射流雾化过程中始终起着不稳定性的作用,但它对不稳定扰动波波数的范围没有影响.扰动增长率及不稳定扰动波波数的范围均随Weber数的增加明显增大.气液密度比在液体射流雾化过程中具有加速射流雾化的作用.气体介质相对于射流运动参考系的Mach数对射流雾化过程具有不稳定性的作用,也就是说气体的可压缩性在液体射流雾化过程中具有不稳定性的作用,它的增加会促进雾化过程的进行.当空心柱内半径与液膜厚度比较小时,它在雾化过程中具有不稳定性的作用,反之则具有稳定性的作用.