【摘 要】
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针对目前非球形颗粒堆积问题研究不足的现状,本课题选择多种不同高径比(圆锥的高与底面直径的比)的圆锥体颗粒为研究对象,采用物理实验和DEM数值模拟相结合的方法系统研究了不同高径比圆锥体颗粒的三维振动堆积致密化过程,并对堆积结构的宏观及各微观性能进行了表征,着重于:(1)系统研究三维机械振动条件下各操作参数如振幅、振动频率、容器尺寸等对各高径比的圆锥体颗粒振动致密化过程的影响规律及最佳工艺参数的获得(
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针对目前非球形颗粒堆积问题研究不足的现状,本课题选择多种不同高径比(圆锥的高与底面直径的比)的圆锥体颗粒为研究对象,采用物理实验和DEM数值模拟相结合的方法系统研究了不同高径比圆锥体颗粒的三维振动堆积致密化过程,并对堆积结构的宏观及各微观性能进行了表征,着重于:(1)系统研究三维机械振动条件下各操作参数如振幅、振动频率、容器尺寸等对各高径比的圆锥体颗粒振动致密化过程的影响规律及最佳工艺参数的获得(2)采用CT技术对物理实验得到的不同高径比圆锥体颗粒的致密随机堆积结构进行三维重建,并对堆积结构的宏观性能(如堆积密度和孔隙度)和各微观性能(如配位数、径向分布函数、取向性)进行表征。(3)对DEM动力学仿真得到的不同高径比的圆锥体颗粒致密堆积结构进行宏观和微观性能表征,并与物理实验结果进行对比分析。通过对接触类型系统深入分析,研究不同各种圆锥体颗粒振动堆积致密化的机理。研究发现:(1)在物理实验和数值模拟中,振动条件对各高径比圆锥体颗粒堆积体系宏观性能的影响规律一致,各圆锥体颗粒系统的堆积密度都随着振幅A或振动频率ω的增加而增大,达到峰值后随着A或ω的进一步增加而减小。但振幅比振动频率的影响更显著。通过外推消除容器尺寸影响,得到当振动参数为A=0.5 mm、ω=160 Rad/s及高径比为0.866时,圆锥体颗粒的最大堆积密度可达0.7162。(2)采用CT三维无损构建技术对物理实验所得到的各高径比的圆锥体颗粒致密堆积结构的孔隙度分析,发现堆积结构不存在明显的分层现象。RDF分析表明随着高径比的增加,圆锥体颗粒之间底面与底面接触大幅减少。虽然底面与侧面间的接触始终存在,但由于颗粒形貌的不同,其峰值处所代表的接触类型在不断变化。(3)通过对离散元数值仿真得到的各种高径比圆锥体致密堆积结构中接触类型变化过程的分析,发现当堆积体内有利于形成致密堆积的接触类型增多或容易形成孔隙的接触类型减少时,体系的堆积密度上升。(4)通过向列相参数分析发现,所得到的各高径比圆锥体颗粒的致密堆积结构均为随机结构,但随着高径比的增加,堆积体系的取向随机性变大。
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