基于离散元法的新拌混凝土泵送S管优化设计

作     者：童政钢 

作者单位：湘潭大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭援强

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：新拌混凝土 压力损失 泵送S管 离散元-有限元法 

摘      要：现阶段新拌混凝土施工过程中,最常采用的施工方法是泵送,泵送过程主要是通过泵送管道将搅拌站配制好的新拌混凝土通过管道输送到指定位置,因此,泵送管道在其中扮演着很重要的角色。而S管是泵送管道中最重要的一个部件,主要用于连接料斗与泵送管道,其设计是否合理对于泵送效率及施工质量非常重要。本文主要从实验研究和数值模拟方面完成了以下几个方面的工作。(1)采用宾汉姆模型建立了混凝土的一般离散元模型。首先通过砂石的一些基础性实验分别测试了砂石的回弹系数、动摩擦系数与静摩擦系数等,并建立了新拌混凝土的一般离散元模型,随后采用V型箱实验定性分析了离散元软件模拟新拌混凝土的可行性,再通过改良的塌落度实验与L箱实验校准了模型的微观参数,最后通过自制的加压式流变仪验证了离散元模型的正确性。(2)分析了泵送管道中直管、弯管、S管的压力分布情况。采用离散元-有限元相耦合的方法对泵送过程进行分析,通过泵送直管的数字模拟与实验相对比验证了新拌混凝土模型的正确性,随后在相同的边界条件及初始条件下对泵送过程进行模拟,分析了泵送管道不同部位的压力分布情况,最终找出压力损失最大的S管。(3)优化了泵送S管。采用前面所建立的新拌混凝土一般离散元模型对泵送过程进行模拟,参考量纲分析的方法,将影响S管的因素分为运行参数与结构参数两大类,运行参数主要包括泵送速度、粗骨料体积分数、粗骨料形状;结构参数主要包括泵送管道直径、管道的曲率半径以及管道的水平尺寸分布,随后采用离散元-有限元相互耦合的方法分别优化这两类参数,得到了各类参数优化后的结果,最终给出了优化后的S管曲线方程。