岩质颗粒破碎数值模拟研究进展

天然岩质颗粒材料在较大外力作用下,会发生颗粒破碎现象,从而影响到材料的强度、变形、渗透等性能,关系到工程的安全。限于试验条件、颗粒尺寸和形状等因素的制约,数值模拟成为研究颗粒破碎问题越来越重要的一种方法。通过回顾国内外的研究成果,总结了两类重要的数值模拟方法:连续介质力学数值模拟方法和离散元数值模拟方法。通过归纳每种数值模拟方法,重点分析了两种模拟颗粒破碎过程的离散元数值模拟方法:碎片替换模型和凝聚颗粒模型,通过整理两种模型的研究内容及特点,讨论了现有方法存在的优势及局限性,并提出了基于离散元方法研究颗粒破碎问题可能性方向。     

岩土体颗粒破碎的离散元数值模拟技术综述

该文概述了岩土体颗粒破碎的理论研究价值及工程意义。结合颗粒破碎物理试验研究现状,综合阐述了目前数值模拟技术的优势和方法,并认为离散元方法的数值模拟可以更有效地对岩土体颗粒破碎进行研究。总结分析了在离散元方法中研究颗粒破碎的两种方法,黏结模型和颗粒破碎模型。     

土体颗粒破裂过程离散元模拟的新方法

土体颗粒的破碎对土体的宏观变形和强度性质有重要影响。数值模拟方法是研究土体颗粒破碎机理的重要手段。采用离散元数值软件PFC模拟土体颗粒的破碎。首先利用PFC内置Fish语言编写颗粒破坏准则,使得单个颗粒在满足破坏函数时破裂成为多个粒径更小的颗粒,从而实现PFC中颗粒的可破碎性,降低了传统方法"团聚颗粒"模拟颗粒破碎时建模和参数选取的复杂性。随后运用Fish编写的程序模拟土体在单轴压缩条件下颗粒破碎的过程;并对土体颗粒破碎特征进行分析。分析可知:颗粒破碎随着加载进行逐步从土体上部向下发展;土体中颗粒的破碎现象在空间上并不均匀发生,主要集中在试样的上部;加载过程中试样孔隙率的变化可以分为两个阶段,第一个阶段与颗粒的位置调整相关;而第二个阶段则与颗粒破碎相关,且第二阶段变化更为明显。颗粒破碎最终导致土体颗粒的粒径分布更为不均匀,最终形成级配较好的土体;但试样初始阶段的颗粒仍然为土体的主要成分。模拟结果与室内试验的部分成果比较,模拟结果与试验观察到的破裂现象基本一致,表明运用新方法模拟颗粒破碎过程合理、可行。     

基于颗粒流的粒状岩土材料高应力破碎分析

提出了基于颗粒流方法的黏结键断裂百分比作为数值模拟中颗粒破碎的新的度量方法.通过颗粒流方法中的接触黏结模型与CLUMP模型对高应力下岩土类材料的破碎过程进行了数值模拟分析,模拟了高应力下粒状材料的双轴剪切试验,数值试样由540个簇颗粒单元组成.数值试验结果显示:在颗粒破碎情况下,数值试样的峰值强度小于不破碎情况下的峰值强度;围压与黏结键断裂百分比表示的破碎率呈幂指数关系;随着围压的增加,颗粒破碎率增加,颗粒材料的摩擦角减小.     

循环荷载作用下宕渣颗粒破碎行为及累积变形预测

动载作用下宕渣低路堤沉降较大，而真实公路荷载下宕渣的累积变形模型匮乏，且宕渣易破碎，颗粒破碎行为与累积变形相关性有待厘清，故建立了可破碎宕渣动三轴离散元模型，基于颗粒破碎率进行细观动态表征，探讨颗粒破碎的时域演化规律.分析围压、荷载频率和循环动偏应力对颗粒破碎及累积变形的影响，研究颗粒破碎与累积变形的相关性，建立累积变形预测公式，并利用SBZ30型振动器开展现场激振试验进行对比，验证模型准确性.结果表明：动载作用下，宕渣颗粒破碎方式以破碎、研磨为主，加载初期破碎率大幅增加，随振次增加破碎率增速减缓；围压、荷载频率和动应力幅值与颗粒破碎率正相关，颗粒破碎对累积应变有双重影响，相同围压下线性相关；累积变形公式能合理预测宕渣填筑路基累积应变的发展趋势.研究结果可为宕渣路基运营期动力沉降计算提供理论参考.     

考虑粗骨料破碎的混凝土力学特性细观模拟

基于离散元方法,采用三维扫描技术获得粗骨料真实形态,并通过黏结颗粒模型实现粗骨料破碎,构建混凝土粗骨料-砂浆-ITZ的三相离散元模型,从细观层次探究粗骨料破碎对混凝土变形和破坏特性的影响.结果 表明:含有不同可破碎粗骨料质量分数的混凝土应力-应变曲线变化趋势基本相同,峰值应力和峰值应变整体上随可破碎粗骨料质量分数的增加...     

岩质颗粒破碎试验研究进展

颗粒材料是土木、水利、交通等大型工程中广泛应用的一种建筑材料,在较大外力作用下会产生颗粒破碎现象,影响到工程的强度和变形要求。天然岩质颗粒材料由于其属性及加载方式等因素的影响,其破碎强度和破坏方式具有离散性和多样性的特征。在近百年曲折发展历程中,可将颗粒破碎问题研究划分为三个阶段:初步探索阶段、破碎现象描述阶段和广泛研究阶段。试验研究作为颗粒破碎问题研究的一种重要方法,可归纳为天然材料试验和人工材料模拟试验两类。通过整理两类研究方式的研究重点,讨论了现有方法存在的局限性,提出了基于颗粒破碎问题可能的研究方向。     

基础颗粒数量组合对颗粒黏结模型精度的影响

针对矿石破碎模型与实际矿石性质差异造成的破碎仿真不准确及磨矿工艺参数难以确定的问题,采用离散元法建立矿石颗粒黏结模型,重点研究基础颗粒的数量组合对颗粒黏结模型精度的影响.依据落重试验破碎的63～53 mm粒级矿石,构建了5组不同粒径颗粒的数量组合及对应的颗粒黏结模型.通过对颗粒黏结模型的破碎仿真及实际矿石的破碎试验,得...     

蛇管输送煤球抑制颗粒破碎的离散元模拟研究

针对实际输送煤球工程降低颗粒破碎的要求,以理论力学及冲击力学理论为基础,采用三维离散元软件EDEM,对重力作用下的竖直管及蛇管输送煤球进行了离散元对比模拟研究。结果表明:蛇管在输送颗粒过程中,由于管道弯曲,颗粒在管道中形成力链,增加了颗粒之间、颗粒与管壁的接触与碰撞几率,部分动能及势能转换为摩擦功和变形能,导致颗粒动量及冲击力降低,较于竖直管道,蛇形管道出口冲击力降低了74%,减小了颗粒的破碎几率。     

一种多尺度内聚颗粒模型的构建方法及数值模拟研究

基于离散元方法采用Hertz-Mindlin接触模型和黏结颗粒模型,构建石灰岩的多尺度内聚颗粒模型。利用EDEM与ADAMS耦合将该模型应用于双摆锤冲击破碎过程,分析冲击破碎能对石灰岩冲击破碎的影响。结果表明:冲击破碎能与黏结键的数目有一定的线性关系,且冲击破碎能越大黏结键断裂越迅速,矿料破碎得越彻底;冲击角度越大,破碎力增加的速率也越大。最后该模型给出与试验相吻合的颗粒粒度分布曲线,说明该模型能够较好地模拟矿料的冲击破碎过程。     

圆锥破碎机挤压破碎力建模与衬板磨损预测

设计并进行了集料挤压破碎力实验,并以此建立较为精确的挤压破碎力求解模型;通过对物料的运动学特征分析和对破碎过程求解,获得破碎腔各区域的压缩比和粒度分布系数及挤压破碎压力;分析了破碎壁表面挤压破碎力的作用形式并求解其分量,实现了对破碎壁表面磨损量的求解.结果表明：所建立的集料挤压破碎力模型的求解结果与实地调研所得结果相符,并实现了对破碎壁表面磨损趋势的预测.     

砂岩球形颗粒多点接触破碎试验

利用离心机设备,采用砂岩球形颗粒群进行接触破碎试验,从破碎形态、锥形核尺寸和破碎率等方面探究多点接触条件下球形颗粒的接触破碎特性.试验结果表明,试样的破碎形态分为两块类和3块类,以两块类为主,且多点接触是3块类破坏产生的必要条件.结合已有球形颗粒单点接触破碎研究成果,拟合建立了多点接触条件下锥形核尺寸以及球形颗粒群破碎...     

柴油喷雾粒径空间分布特征理论与实验研究

为研究小型柴油燃烧器压力雾化喷嘴在喷雾外流场空间内的柴油喷雾粒径分布特征,采用激光粒度仪测量沿喷嘴出口轴向方向各截面处的液滴粒径分布。分别测试了不同配风量,不同喷油压力,不同喷雾锥角和油量条件下在 5 ~ 50 cm截面处的粒径分布,对其液滴平均索特尔直径进行分析,用分散指数表征液滴分布的均匀性。研究表明,喷雾粒径在空间的整体分布是在喷雾出口处区域最小,在浓雾区粒径最大但分布均匀。随风量和油压的减小,平均粒径增大,喷雾锥角对粒径影响不大,而油量对全局的空间分布影响较大。液滴在风量大的浓雾区分布均匀,但油压超过 1.2 MPa,初始破碎区的均匀度反而下降。初始破碎区的液滴粒径受液滴间相互作用影响,结合实验结果,引入液滴群整体作用系数B对理论推导的临界破碎粒径公式进行修正,平均误差5%。     

泡粒混凝土的力学性能与本构关系

考虑聚苯颗粒体积比及湿密度等级两个影响因素,配制了共计25组不同配比的泡粒混凝土.研究了加载速率对泡粒混凝土应力-应变曲线的影响情况,结果表明其应变率效应不明显;并研究了不同聚苯颗粒含量以及不同湿密度等级对泡粒混凝土的应力-应变曲线的影响情况,结果表明此材料的密度以及聚苯颗粒含量对其力学性能影响均很大,并表现出不同的规律性.通过对其弹性模量、压溃应力、压溃应变等参数的分析,结合试验结果,建立了该材料的单轴压缩唯象本构模型,通过试验结果与预测结果的比较,唯象本构模型与试验结果吻合较好.     

考虑级配影响的粗粒料压缩破碎特性试验

采用分形维数和级配宽度作为级配的量化指标,通过粗粒料的侧限压缩试验,研究级配对密实粗粒料的堆积、变形以及破碎特性的影响规律。试验结果表明,粗粒料的最大干密度和低应力下的压缩模量均随着分形维数的增大先增大后减小,在分形维数为2.2附近存在极大值;同时,两者均随着级配宽度增大而增大。粗粒料的破碎强度可通过双对数坐标下的拐点表征,破碎强度随着分形维数与级配宽度的增大而增大;破碎强度越高,颗粒破碎率越小;不同级配的粗粒料充分破碎后的最终级配都收敛于唯一的分形分布。     

多元线性回归分析在镁碳砖生产中的应用

利用１９９７年生产数据建立数学模型，得到镁碳砖的耐压强度、体积密度与颗粒组成关系的回归方程，并利用回归方程进行预测，为生产高强度镁碳砖，提高原料利用率，选择优良配方，提供了理论依据     

粗粒料颗粒破碎三维离散元模型及其在密度桶试验中的应用

采用局部应力集中的最大接触力破碎准则,将阿波罗填充模式和最大接触力方向相结合,考虑整体破碎与局部破碎两种破碎模式,建立模拟粗粒料颗粒破碎的离散元模型,对大粒径堆石料的大型相对密度试验机制进行了研究。结果表明:不同破碎模式下的细观力学响应存在较大差异,模拟大粒径堆石料的局部破碎模式可以有效提高数值模拟的精度;堆石块体强度越高,级配偏差对于极值干密度影响程度越大;密度桶高径比过小时,不利于堆石体的振动密实和颗粒重排列,此时试验级配最大干密度的测量值可能远低于理论值,以测量值作为堆石料现场压实检测判别标准,可能会出现相对密度大于1 的情况。     

铝合金型材的冲击压溃载荷特性研究

为了确定Riera公式中的压溃载荷,基于材料实验机和霍普金森压杆实验系统,对铝合金型材在轴向准静态和不同速度冲击加载作用下的静、动态压溃行为进行了研究,得到了多种尺寸和形状规格型材在静、动态压溃过程的载荷时间曲线,以及峰值压溃载荷和平均压溃载荷随冲击速度的变化规律.分析结果表明,Riera公式中的压溃载荷采用平均压溃力是较好的选择,铝合金型的动、静态压溃力的差异来自结构的横向惯性效应.通过量纲分析,在进一步整理实验数据的基础上得到了适用于准静态和冲击加载作用的铝合金型材统一的平均压溃力经验公式.