岩石细观强度离散元数值模拟中颗粒形状的影响

利用离散单元法,对3种不同成分的岩石样本进行强度数值模拟.通过改变岩石内部颗粒大小和形状,获得各个样本不同的强度值;利用颗粒形貌规律,分析岩石离散元建模时颗粒的组建规则.在不同单元组合方式下,进行双轴压缩试验和4点抗弯试验.结果表明,单一的圆盘形或圆球形模拟单元不能真正反映岩石内部的组织结构;弹性模量、抗压强度、抗弯强度和裂纹起始应力都随着单元组合方式不同而不同,单元组合方式越复杂,其数值也越大;配置不同单元组合形式的比例构建DEM样本,可以合理地模拟出岩石的细观强度值.     

有限元与离散元混合法在裂纹扩展中的应用

基于有限元与离散元混合方法研究裂纹扩展模拟问题。对含原生裂纹的结构进行单元离散,用有限元计算单元内部,采用离散元计算单元界面,通过单元连接形式的转变实现连续到非连续的转化;采用平面半弹簧法进行接触判断,通过显示迭代求解运动方程,不断更新单元坐标,实现裂纹扩展的数值模拟。以单裂纹与雁形裂纹在单向位移载荷作用下的扩展为例,对比数模结果与试验结果。结果表明:采用有限元与离散元混合方法可有效模拟单、多裂纹的扩展过程;岩桥为90°的雁形裂纹受对向挤压载荷作用发生翼裂-翼裂贯通。     

有限元与离散元混合法在裂纹扩展中的应用

基于有限元与离散元混合方法研究裂纹扩展模拟问题。对含原生裂纹的结构进行单元离散,用有限元计算单元内部,采用离散元计算单元界面,通过单元连接形式的转变实现连续到非连续的转化;采用平面半弹簧法进行接触判断,通过显示迭代求解运动方程,不断更新单元坐标,实现裂纹扩展的数值模拟。以单裂纹与雁形裂纹在单向位移载荷作用下的扩展为例,对比数模结果与试验结果。结果表明:采用有限元与离散元混合方法可有效模拟单、多裂纹的扩展过程;岩桥为90°的雁形裂纹受对向挤压载荷作用发生翼裂-翼裂贯通。     

沥青路面碾压过程的离散元仿真

采用离散单元的方法,对沥青路面的碾压过程进行了数值仿真,结果是令人满意的,可为路面压实施工提供必要的理论依据.     

基于离散单元法的基坑涌水量数值模拟

依托某市拟建高层建筑物基坑工程,分析了场地的水文地质特征,建构了概化的场地水文地质结构模型.基于离散单元法对基坑进行了涌水量的数值模拟,并将计算结果与基坑涌水量实测结果进行了对比.研究结果表明,两者吻合较好.说明建立的岩体结构面二维网络模型能较真实地反映地质体特征,可用来进行裂隙水流的基坑涌水量计算.     

粉末冶金装粉过程的粉末流动数值模拟

在粉末冶金过程中,装粉阶段对零件最终密度和均匀性有复杂的影响,而传统的实验方法难以全面地对流动特性进行研究,基于离散单元法能够获得粉末流动的详细信息.采用离散单元法对装粉过程的粉末流动进行仿真模拟和实验验证,并分析了产生差异的原因.进一步对影响粉末充型流动性的参数采用正交工况进行数值模拟,以装粉时间为评价指标,分析了各影响参数的影响程度,建立了较优的参数值,为粉末装粉工艺操作提供参考数据.     

颗粒物质局部变形的离散元模拟

在外加载荷作用下的变形分析是目前颗粒物质研究的热点问题之一．利用改进的离散单元法,对随机分布的颗粒物质在平面应变状态下的变形进行了研究,并分析了初始空隙比、围压、摩擦系数等因素对颗粒物质局部变形特征和整体稳定性的影响．数值模拟结果表明：在平面应变状态下,颗粒物质内部会出现两个相互交叉的剪切面,并且局部变形特征会随着竖向应变的增大而发生变化,这些特征和目前存在的实验结果具有较好的一致性．同时,沿着两个剪切滑移面的切向速度廓线表现为两种不同的模式,一种呈类流态模式,另一种呈类固态模式．最后对各种材料参数和因素对颗粒物质局部变形特征的影响进行了详细讨论．     

碎石桩单桩受荷模型试验的离散单元法数值模拟

为了克服连续介质模型无法有效反映碎石散体特性的缺陷,将碎石桩视为凸多边形离散块体集合,桩周软土视为理想弹塑性材料,采用二维离散单元与有限差分耦合数值方法建立了软土地基中碎石桩单桩竖向受荷模型,对碎石桩单桩受荷变形破坏及桩土相互作用全过程进行了模拟,通过荷载-沉降曲线、桩体及土体变形场应力场讨论了碎石桩单桩承载破坏机制.数值模拟结果与室内模型试验实测的荷载-沉降曲线、桩体鼓胀变形吻合良好,验证了本文数值模型的合理性.利用离散单元法建立的碎石桩模型无需复杂的本构模型假设便能较好地反映其鼓胀变形和失稳特性,同时讨论了模型的不足与有待进一步研究的问题.     

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。     

失控车辆在避险车道制动床上减速过程的 三维离散元模拟

由于中国避险车道设计规范或指南不完善,存在设计缺陷的避险车道易诱发失控车辆冲出避险车道末端或在制动床上侧翻等事故,严重威胁驾驶员生命。以往研究还不能体现车轮沉陷变形对失控车辆减速作用的影响。为此,从颗粒层面入手采用离散元方法,分别构建集料离散元和车轮离散元,在PFC^3D软件平台建立集料－车轮三维离散元模型；采用模拟静力三轴压缩试验标定集料离散元颗粒微观参数；采用实车足尺试验数据标定车轮离散元颗粒微观参数。利用标定后模型对失控车辆在避险车道制动床上的减速过程进行数值模拟,设计4组数值模拟试验分析失控车辆车轮沉陷深度、停车距离的变化规律。研究成果为避险车道制动床长度设计和集料铺筑厚度设计提供了理论依据,对避险车道设计规范或指南的完善具有指导意义。     

基于离散元法的粗糙表面摩擦过程数值模拟

文章利用离散单元法对粗糙表面接触与摩擦过程进行了建模和模拟,再现了表面摩擦时表面形貌变形的整个过程.研究结果表明:影响表面形貌的主要因素是压力和速度,速度主要影响表面切向应力,压力主要影响法向应力;同时,表面形貌的变形量主要与压力和速度有关,速度和压力越大,表面形貌变形越严重.     

流化床内煤燃烧的传热过程DEM数值模拟

采用离散单元法（DEM）对流化床内煤颗粒燃烧过程中的传热过程进行了数值模拟．气相湍流采用融e模型,颗粒相采用离散单元法（DEM）．颗粒传热过程考虑了颗粒与气相的对流传热、颗粒与床层的辐射传热、煤颗粒的燃烧热以及颗粒碰撞传热;燃烧过程中化学反应包括焦炭与O2和CO2的异相反应、挥发分燃烧及CO和O2的均相反应．模拟得到了煤颗粒的加热升温和燃烧过程中各种热量对煤颗粒传热的贡献大小,并对不同颗粒刚度系数、考虑颗粒旋转与不考虑颗粒旋转以及不同颗粒摩擦系数对各种传热量的影响敏感性进行了模拟．     

废塑料配煤炼焦对焦炭质量的影响

为降低配煤炼焦生产中焦煤用量,提高废塑料利用率,利用废塑料代替一定比例焦煤,在40 kg实验焦炉中与煤共焦化,考察焦炭、焦油产率和焦炭强度的变化规律。结果表明:以质量分数为1%~5%的废塑料替代焦煤炼焦后,焦炭产率下降,焦油产率增加,M25先提高后下降,M10先下降后提高,焦炭的反应性提高,而反应后强度下降;当废塑料质量分数控制在3%以下时,焦炭的冷态强度和热态强度符合国家二级冶金焦炭质量分级标准。该结果为工业生产提供了参考。     

基于离散单元法的发射装药挤压破碎动力学仿真

为了探寻发射装药低温下挤压破碎机理,研究发射装药挤压破碎对发射安全性的影响,本文利用离散单元法模拟了发射装药动态挤压破碎过程.将发射药粒离散成弹簧-球单元系统,建立了发射药床挤压破碎动力学模型,仿真了发射药床在动态冲击载荷下的挤压破碎动力学过程.采用统计的方法定量地获得了破碎后发射药床的表面积,其结果与试验较为接近,验证了本文理论与模型的正确性.研究结果为进一步研究发射装药低温下挤压破碎对发射安全性的影响奠定了基础.     

一种基于离散元法的弯管中颗粒流动问题的数值模拟

本文建立了直角弯管中颗粒流动问题的数学模型,并对核心模块的算法进行详细描述,在此基础上设计了基于离散元法求解弯管中颗粒流动问题的算法与程序。数值实验结果表明:实验结果与实际物理现象相符,验证了所设计的求解算法和所研制的程序的正确性。     

基于离散元方法的根土复合体冻融损伤数值模拟研究

为探究在冻融环境条件影响下根系对边坡稳定性所发挥的积极效应,基于离散元方法对冻融循环作用下根土复合体的力学特性进行研究。利用PFC软件,提出一种新的冻融损伤模拟方法,对黄土进行不同冻融循环次数下的模拟。利用此方法,黄土在不同循环次数下无侧限抗压强度的模拟结果和试验结果较为吻合,证明了此方法的可行性。之后建立根系模型,模拟根土复合体的UU三轴试验,并对根土复合体的数值模型进行参数标定。进一步探究根系角度对根土复合体强度的影响效应,并对不同冻融循环次数下根土复合体的强度特性进行数值模拟研究。结果表明：所提出的冻融损伤模拟方法可以较好地模拟黄土在冻融循环作用下的劣化效应;根系的存在会提高土体的强度特性,在相同的冻融循环次数下,根土复合体的强度均高于素土,并且根土复合体的强度会随着冻融循环次数的增加先下降后趋于平缓;当根系倾角为90°时,对土体的强度提高效应最大,并且在冻融循环作用下,强度下降较低。当根系倾角为0°时,对土体的强度提高最小。研究成果为从细观角度探究根土复合体的冻融损伤机理提供了新途径,并且可为寒区生态边坡工程建设提供指导意义。     

基于多工况分析的焦炉加热过程火道温度模糊控制

对于焦炉加热这一复杂工业过程,提出一种包括协调层和优化控制层的多工况火道温度优化控制方法.协调层根据对焦炉加热过程工艺参数的分析,采用多信息融合的二次决策方法,由荒煤气的温度识别焦炉加热过程的实时工况,针对不同的工况选择合适的优化控制模型.基于工况分析,在优化控制层采用一种基于自适应遗传算法的多目标模糊优化控制方法,针对不同工况下的模糊控制器量化因子和比例因子调节困难的问题,采用精英保留和赌盘算法相结合的选择策略,以及具有自适应交叉概率和变异概率的遗传算法对模糊优化控制模型的参数寻优,有效地提高了遗传算法的全局搜索能力和收敛速度,并且通过对控制精度、能量消耗和调节时间等各项指标适当加权,构造适应度函数,使优化后的模糊控制模型达到满意程度.采用具有多工况火道温度智能优化控制结构的方法取得了良好的控制效果,为焦炉加热过程的优化控制问题的解决提供了一条新的途径.     

煤与瓦斯突出过程中煤体破坏的有限元模拟

研究了目前有限元软件难以计算的煤与瓦斯突出过程中煤体破坏问题。采用Python语言对ABAQUS前处理模块进行了二次开发,通过Python脚本程序将煤体网格重新划分,并且插入零厚度黏结单元。利用有效应力原理,与ABAQUS基于摩尔库伦准则的摩擦接触结合,实现了瓦斯压力对煤体影响的仿真。利用黏结单元模拟了煤体裂缝的产生与扩展,以及煤体的突出过程。实际仿真计算结果符合实验规律,证明了有限元二次开发技术可以很好地计算煤与瓦斯突出过程中煤体破坏问题,也为Python的二次开发在其他领域的应用提供了参考和借鉴。     

焦炉煤气制合成气反应器数值模拟

采用 CFD软件Fluent模拟计算焦炉煤气(COG)非催化局部氧化制合成气反应器,其中湍流模型选择标准k-ε模型,热辐射选择P-1模型,用非预混模型计算化学输运和反应.反应器内组分与温度场的数值模拟结果与实验测定结果基本吻合,说明模拟结果是可信的.通过模拟可预测,当氧气与焦炉煤气进气体积比达到0.14左右时,可以获得最好的焦炉煤气的转化效果.本数值模拟可为COG非催化局部氧化制合成气进一步的工程研究与应用提供可靠的理论参考依据.     

焦炉装煤孔泵送密封料的研制

为改善焦炉装煤孔盖密封效果不佳及炉顶施工条件差等状况,采用一种泵送密封料来封闭装煤孔盖缝隙.通过实验确定泵送密封料的较佳配比,证明可以通过改变羧甲基纤维素钠的加入量来调整密封料中的颗粒沉降率,从而改善其泵送性能和密封效果.通过某厂实际应用证明,本实验获得的泵送密封料具有良好的使用效果.