離散元干-濕顆粒模型研究及應(yīng)用.pdf

1、顆粒離散元法是分析散體力學(xué)行為的新有有效數(shù)值方法,其應(yīng)用涵蓋諸多工程領(lǐng)域.接觸模型是離散元法的基礎(chǔ),目前多采用干球顆粒模型模擬,而國際上基于濕顆粒模型的模擬極少,且限于牛頓流體,特別是對(duì)于球顆粒的切向錯(cuò)移的研究迄今仍然停留在O'Neill和Goldman在1967年前牛頓流體下圓球相對(duì)于平板切向運(yùn)動(dòng)的解.該文重點(diǎn)是建立非牛頓的冪律流體濕顆粒模型并結(jié)合典型工程背景進(jìn)行離散元模擬初步探索.1.在濕顆粒離散元建模方面,該文完成了如下研究:(1

2、)對(duì)填隙冪律流體下兩球間的法向?qū)π臄D壓流動(dòng)得到了流體壓力分布和粘性力的數(shù)值解,作者參與其中并給出了超幾何函數(shù)形式的解析解.該文解光滑連續(xù),比Rodin的分段解精確合理.(2)填隙冪律流體下兩圓球切向錯(cuò)移時(shí)的粘性力分析是該文的核心.由于分析上的困難,作者曾在對(duì)速度場(chǎng)作附加假定條件下得到壓力分布和粘性阻力的數(shù)值解;該文則進(jìn)一步放棄附加假定,得到更為精確的壓力方程,并得到相應(yīng)的壓力分布和阻力的解析解,解決了30多年來停滯不前的難題.(3)對(duì)填

3、隙賓漢流體下兩球間的擠壓流動(dòng)進(jìn)行了初步分析,導(dǎo)出了與壓力分布相關(guān)的屈服區(qū)-剛性層界面的方程,并得到擠壓粘性力的擬合公式.作者已認(rèn)識(shí)到由于賓漢流體存在屈服應(yīng)力所引起的復(fù)雜性,還有不少問題需要進(jìn)行深入探討.2.將冪律流體濕顆粒模型形成算法并加入到離散元程序中,初步模擬了貫入和兩面楔切土兩種典型工程問題.這些模擬實(shí)踐所表明的共同規(guī)律是,顆粒床的阻力隨著貫入或推-切土過程的演進(jìn)呈波動(dòng)狀增加,這與顆粒間接觸聯(lián)系的不斷破壞和重新形成有關(guān);濕顆粒床的

4、阻力要比干顆粒床大,而且隨著冪指數(shù)的增大而增大.不同類型的模擬又有自身規(guī)律,如貫入棒插入料床后在插入端附近產(chǎn)生應(yīng)力集中,接觸力在其下區(qū)域呈輻射狀傳遞因而端部承受了絕大部分阻力;兩面楔切土模擬指出楔的水平傾角越大,推土所受的阻力也越大.這些看似簡(jiǎn)單而合乎實(shí)際的結(jié)果不僅證明了顆粒離散元法的合理性,也預(yù)示了用該方法精確描述壁運(yùn)動(dòng)條件進(jìn)行大規(guī)?？茖W(xué)計(jì)算有可能定量地完成過程工程的仿真,具有技術(shù)創(chuàng)新意義.該文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于,在Reynolds假定