圆盘体系在各向同性压缩下的接触结构及晶格化

结合离散元模拟及接触网络的统计分析对双分散圆盘体系在各向同性压缩下的接触结构及其晶格化进行研究。离散元模拟中通过改变大小颗粒的粒径比控制分散程度,使得体系成为单分散或者近似单分散的体系。用接触类型的百分比描述接触结构的统计特征。给出了体系的压强以及各种接触类型的百分比随堆积分数变化的曲线,研究了摩擦与粒径比对这些曲线的影响,并且着重讨论了摩擦和单分散程度对晶格结构的影响。模拟结果表明,随着圆盘数的增多,临界体积分数逐渐增大;随着摩擦系数与粒径比的增大,临界体积分数逐渐减小。摩擦与单分散程度是影响接触结构晶格化的主要因素。对于单分散体系,当摩擦系数较小时,体系在持续的压缩过程中容易形成三角晶格团簇;随着摩擦系数的增大,体系晶格化程度减小;当摩擦系数大于0.8以后,很难形成三角晶格团簇。对于近似单分散的体系,只有单分散程度很高时,压缩过程的持续才会导致明显的晶格化;随着粒径比的增大,晶格结构难以出现,体系通常形成无序堆积。     

非规则颗粒与滚筒球磨机相互作用的离散元–有限元耦合分析

非规则颗粒形态显著影响球磨机中颗粒材料的运动行为，同时对球磨机结构产生不同的力学响应。采用超二次曲面方程描述非规则颗粒材料，并发展了离散元（discrete element method,DEM）–有限元（finite element method, FEM）耦合算法以分析非规则颗粒材料与滚筒球磨机间的相互作用。在该算法中，滚筒球磨机被划分为一系列四边形单元，并且超二次曲面颗粒与球磨机间的接触判断可转化为超二次曲面颗粒与四边形单元间的接触判断。将计算得到的碰撞力向节点插值，该节点力作为载荷条件在有限元中进行隐式动力学求解，并通过求解颗粒运动方程和有限元动力方程实现颗粒运动更新和结构力学响应分析。进一步分析了滚筒球磨机中球体、圆柱体和立方体颗粒材料的运动行为以及滚筒球磨机的变形及应力分布规律。研究结果表明：颗粒形状显著影响球磨机研磨效果和球磨机结构位移；立方体颗粒具有最好的研磨效果，而圆柱体颗粒比球体颗粒具有更好的研磨效果；在结构位移上，立方体颗粒有最大的峰值位移，其次是圆柱体和球体颗粒；相比于规则的球体颗粒，超二次曲面颗粒有不规则的表面形状，这会导致更好的研磨效果和更大的结构位移。     

基于YOLOv3及迁移学习的河道船舶目标检测算法

为加强对河道监控视频图像中散体物料采运船舶的监测和跟踪，从而辅助实现智能、高效的河道采砂监管和散体物料调度，基于You Only Look Once version 3（YOLOv3）算法及迁移学习提出一种河道散体物料船舶目标检测算法。首先使用COCO数据集训练初始的YOLOv3算法，得到模型的预训练权重；然后对从广西重要河道周围监控设备采集的采砂运砂船舶影像数据进行图像处理，得到高质量船舶数据集；最后以此数据集为驱动，利用迁移学习得到的预训练权重来训练针对河道采砂船等重点目标的YOLOv3检测模型。该模型采用Darknet-53作为主干网络，并融合了多尺度的特征图，从而实现对小、中、大等各类目标的检测。实验结果表明：该算法在测试集上的平均精度和检测速度分别达到98.00%和17.78 fps，对提高河道采砂监管效能和实现散体物料智能调度具有现实意义。     

弹性波穿越土工袋传播规律的数值模拟

采用离散单元法对土颗粒地基模型与埋设单层土工袋的土颗粒地基模型进行弹性波传播的数值模拟,研究地基中土工袋对弹性波波速及地基阻尼比的影响。结果表明:地基中土工袋的存在使弹性波的波速略有降低,并降低了地基的品质因子 Q 。弹性P波(压缩波)与S波(剪切波)穿越土工袋时波速变化规律大体相近,在100 kPa围压和输入500 Hz弹性波条件下,单个土工袋对弹性波的衰减作用主要集中在穿越土工袋上、下层土工合成材料界面之前。     

基于水平集接触算法的任意形态颗粒材料球谐离散元方法

为对自然环境或工业领域中非规则颗粒材料的力学特性进行精确计算,本文采用球谐函数发展了可描述任意几何颗粒形态的球谐离散元方法.考虑球谐单元的凹凸形态及多点接触特性,发展了基于水平集方法的任意形态接触算法,以准确计算单元间的接触方向和重叠量.该算法将不同形态的球谐单元离散为由一系列点组成的零水平集函数和空间离散水平集函数,并将单元间的接触问题转化为两个水平集函数间的求解问题.通过将一系列零水平集点代入邻居单元的空间离散水平集函数中进行三线性插值,可确定两个接触单元间的多接触点及作用力.为检验基于水平集算法的球谐离散元方法的可靠性,对单颗粒与刚性壁面的弹性碰撞、单颗粒自由下落和多颗粒动力堆积过程进行了离散元模拟,研究了颗粒的平动和转动动能随时间的变化规律.计算结果表明,基于水平集算法的球谐离散元方法可准确地计算单元间的接触碰撞作用,并可保证弹性碰撞时颗粒系统的能量守恒及非弹性碰撞时颗粒系统的能量衰减直至动能为零.在此基础之上进一步分析了不同表面凹凸特性对颗粒堆积中体积分数和平均配位数的影响,为任意形态颗粒材料的数值模拟提供了一种有效的离散元方法.     

废水生物处理颗粒污泥内三维孔隙结构研究——以厌氧氨氧化颗粒污泥为例

颗粒污泥的三维结构极大地影响其沉降性能和结构稳定性，但是目前缺乏对颗粒污泥内部三维结构、孔隙结构分布特征等在维持颗粒结构稳定性中的作用的研究。以厌氧氨氧化颗粒污泥为对象，采用同步辐射的X射线显微断层扫描成像技术扫描颗粒，通过Avizo软件对颗粒污泥进行三维重构，获得了颗粒污泥中孔径、孔隙的空间分布和分形维数，建立了颗粒污泥的孔隙网络模型，并计算颗粒污泥的绝对渗透率，为颗粒污泥系统在污水处理中的稳定高效应用提供理论依据。     

无黏性颗粒柱坍塌流动的尺寸效应分析

为分析离散介质流动性的尺寸效应，揭示工程实际中不同尺度质量流的瞬态流动行为，运用粒子高速测量装置和自主搭建的准二维颗粒坍塌实验平台，对无黏性颗粒柱在重力驱动下的坍塌流动过程进行了研究，通过粒子图像测速（PIV）技术分析了柱体纵横比和初始尺寸对颗粒坍塌后流动性和堆积形态的影响。研究结果表明，不同初始长度的颗粒柱坍塌后流动前端位置随时间的演化表现出了相似的特征，但是系统尺寸的变化对其最终的堆积形态会产生明显的影响，尤其是流动距离。通过分析尺寸效应消失的临界长度，建立了无黏性颗粒柱坍塌后流动距离与其纵横比和初始长度之间满足的标度关系，该关系可以准确描述系统尺寸变化对颗粒流动性产生的影响。