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颗粒物质是自然界中最常见的物质形态,也是人类赖于生存的主要物质形式。据统计,全世界每年需要利用各类机械对数百亿吨的各种颗粒物,包括自然界的矿物,以及人类生产生活中的固体废弃物,进行开采、运输、加工、分选及储存等处理,其总能耗占全球总能耗的10%以上,属重点高能耗领域。此外,机械-颗粒相互作用是一种有效的振动控制手段,而机械-颗粒-人体相互作用技术则有望发展成为一类具有特殊疗效的康复医疗设备。因此,建立一种综合考虑刚体(机械)与散体(颗粒)相互作用的建模分析方法,不仅有助于加深对颗粒物质本质规律的认识,也将促进新装备开发、节能减排的实施与和谐社会建设。本文在此方面进行了初步探索,主要成果进展如下: 1)、对PF3D离散元分析软件进行二次开发,建立了刚散耦合振动系统的仿真平台。 2)、对颗粒减振的机理进行了研究。随体颗粒减振器的研究发现:颗粒以碰撞摩擦增强了阻尼,并与附加质量效应一起降低了系统的固有频率;当减振器为单段圆柱形,且颗粒密度越大、粒度越小、填充率为60.0%左右时,减振效果越好;而对活塞式颗粒减振器的研究发现:颗粒层强力链的形成增大了系统的固有频率,且颗粒弹性模量越大、粒度越大、活塞杆为平头且插入深度越深时,减振效果越突出。 3)、对颗粒振动康复训练器进行研究,初步获得了振动颗粒层按摩的力学机制,以及主要参数对伤口按摩强度的影响规律,并经临床实验,验证了训练器在促进伤口周围组织血液循环,降低其对外界刺激的敏感度等有益疗效。 4)、对振动磨机的刚散耦合过程的研究发现,中心刚体的引入,改善了传统振动磨腔内冲击能量的分布,且当其位于磨筒中心适度靠上位置时,均化增强效果更佳。 5)、对立磨磨辊轴垂面内的刚散耦合动力学的研究发现:颗粒层沿厚度方向分为上部滑移区、下部挤压破碎区以及中部临界过渡区。 位于松散颗粒层下部的颗粒群因啮角小于摩擦角,形成穿透整个料层的强力链,从而依次经历密实-啮角变小-力链强化-料层破碎过程;而位于松散颗粒层上部的颗粒群因啮角大于摩擦角而不能形成穿透料层的强力链而被挤出,在磨辊的驱赶下形成滑移区;中间过渡区颗粒层的力链处于临界状态。滑移区和过渡区颗粒群的重力和惯性作用提高了下部颗粒层力链的稳定性,有利于料层的破碎及整机的稳定性;但颗粒群在滑移过程中携入的空气在料层挤压过程中易形成气泡,给后面的密实过程带来隐患,而料层表面高速流动的气流又会加强此效应,影响料层的稳定性。