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离散元法铁粉末压制中粒径分布对力链演化机制的影响

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力学学报 2022年第9期54卷 2489-2500页

作者：张炜萧伟健袁传牛张宁刘焜福建工程学院机械与汽车工程学院福州350118 合肥工业大学摩擦学研究所合肥230009

为阐明粒径分布对铁粉压制中体系内部细观力学行为的影响,基于离散元理论,通过改变铁粉颗粒粒径分布建立压制模型,结合力链提取方法,通过对力链空间分布、力链数目、力链长度和力链方向性的分析,探究粒径分布对力链演化的影响机理.研究... 详细信息

为阐明粒径分布对铁粉压制中体系内部细观力学行为的影响,基于离散元理论,通过改变铁粉颗粒粒径分布建立压制模型,结合力链提取方法,通过对力链空间分布、力链数目、力链长度和力链方向性的分析,探究粒径分布对力链演化的影响机理.研究结果表明:不同粒径分布的粉体压制时形成的力链空间分布具有差异,粒径分布范围越小,形成的力链分布越集中,反之,粒径分布范围越大,形成的力链分布越松散且均匀;在粉末压制时,粒径分布对力链数目也有影响,具体表现为随着粉体的粒径分布范围变大,力链总数逐渐减少;粉体的粒径分布对颗粒形成短力链的数目起着显著影响,而对力链长度的影响较为有限;随着粒径分布范围的增大,力链的方向由均匀分布逐渐集中在特定角度方向,表现出一定各向异性,形成的交叉力链网络结构有利于提高粉体致密化程度.本文为从粉体粒径分布影响层面拓展粉末压制细观力学理论提供基础,亦为进一步结合粉体粒径分布及体系内力链演变过程改善粉末致密化行为提供指导.

关键词：离散元法颗粒物质粉末压制粒径分布力链

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颗粒体材料中的力链压曲变形

浙江大学学报（工学版） 2010年第10期44卷 1931-1937页

作者：蒋军徐正红徐凌峰浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 汉嘉设计集团股份有限公司浙江杭州310005

为了研究颗粒体材料的受力和变形性能,建立以力链稳定及其运动学为核心的细观本构模型.选择由3个不同半径颗粒组成的力链单元作为分析对象,通过定义颗粒间的位移模式,由运动位移协调和弯矩平衡条件得出颗粒间的相对切向位移以及各颗粒... 详细信息

为了研究颗粒体材料的受力和变形性能,建立以力链稳定及其运动学为核心的细观本构模型.选择由3个不同半径颗粒组成的力链单元作为分析对象,通过定义颗粒间的位移模式,由运动位移协调和弯矩平衡条件得出颗粒间的相对切向位移以及各颗粒旋转角之间的关系.根据热力学理论建立力链压曲变形的能量方程,得到力链受力和位移表达式.在力链组构颗粒半径相等的情况下,通过对比分析验证模型的合理性,表明模型能够较合理地拟合离散元模拟实验结果.通过分析2种不同组构颗粒半径情况下力链各物理量的变化趋势,表明力链的受力和变形性能受组构颗粒半径变化的影响较大.

关键词：力链压曲变形热力学细观本构模型

沙柳细枝颗粒致密成型过程中力链演变的离散元研究

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太阳能学报 2019年第11期40卷 3186-3195页

作者：李震高雨航刘彭李丽德雪红内蒙古科技大学机械工程学院包头014010 内蒙古农业大学机电工程学院呼和浩特010018

为分析沙柳细枝颗粒致密成型过程中压力的传递机理和规律,详细研究力链的演变机制,建立沙柳颗粒的离散元仿真模型。模拟结果表明:微观颗粒体接触力随时间的演变规律同在电子万能材料试验机上压缩得到的压缩力变化趋势相一致。在显著性... 详细信息

为分析沙柳细枝颗粒致密成型过程中压力的传递机理和规律,详细研究力链的演变机制,建立沙柳颗粒的离散元仿真模型。模拟结果表明:微观颗粒体接触力随时间的演变规律同在电子万能材料试验机上压缩得到的压缩力变化趋势相一致。在显著性水平α=0.05下,将模拟数据与试验数据进行假设检验,结果显示两者不存在显著性差异。宏观方面模拟得到的成型产品密度和实测试验样品相差为7.56%。轴向方向强力链经历从上至下传递,经反射后均布,之后再从两端向中心传递并最终均匀分布的过程;周向方向强力链由开始时的均布演变为从边缘向中心贯穿,到最后又演变为均匀分布。密集排布的颗粒体系被挤压时强力链主要分布在成型腔的外部,说明颗粒与模具的摩擦比颗粒间的摩擦大,验证了试验时生物质燃料的轴向凹凸不平和周向分层现象。利用试验样品在布氏硬度机上测得由中心向外硬度值从93.4 HBW增大到148.1 HBW,从侧面映证了力链演变效应。模拟结果和试验结果的基本吻合证明了该技术的可行性,同时也为其他散体颗粒受压时外载荷的传递路径提供借鉴。

关键词：离散元沙柳颗粒致密成型力链摩擦

三体摩擦界面剪切膨胀过程典型阶段的力链形态及承载特性

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工程力学 2013年第8期30卷 258-265页

作者：王智勇王伟刘焜合肥工业大学摩擦学研究所合肥230009

为研究研磨过程中颗粒体系的力链特性,该文运用离散元构建了一个双平行板剪切模型模拟无限剪切运动,并观察颗粒受剪切时相关参数变化。模拟将剪切膨胀过程分为塑性爬行阶段、脆性破坏阶段、颗粒重组阶段三部分,并运用力链在x轴与y轴的... 详细信息

为研究研磨过程中颗粒体系的力链特性,该文运用离散元构建了一个双平行板剪切模型模拟无限剪切运动,并观察颗粒受剪切时相关参数变化。模拟将剪切膨胀过程分为塑性爬行阶段、脆性破坏阶段、颗粒重组阶段三部分,并运用力链在x轴与y轴的分量比值来观察力链方向性变化,用承载率-分布率曲线描述力链的分布及承载变化,用力链的形态图形来观察力链形态变化。结果显示:在剪切膨胀三阶段内,力链的形态、方向、分布及承载特性各不相同。其中,塑性爬行阶段力链的形态近似倾斜网格,分布比较集中,力链承载特性良好;而脆性破坏与颗粒重组阶段,强弱力链值相差较大,承载性差。并由此得出,在塑性爬行阶段研磨条件最好。

关键词：颗粒流力链剪切膨胀力链方向分布率承载率

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双轴压缩条件下颗粒材料中力链的演化

岩土力学 2019年第6期40卷 2427-2434页

作者：付龙龙周顺华田志尧田哲侃同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室上海201804 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

针对无黏性颗粒材料,开展了柔性边界双轴压缩数值试验,分析了不同围压下力链的数量、方向概率等随轴向应变的变化。研究结果表明:不断加载使得游离的高应力颗粒有所减少,荷载更多的被力链承担;统计意义上,力链最大长度为9个颗粒。轴向±... 详细信息

针对无黏性颗粒材料,开展了柔性边界双轴压缩数值试验,分析了不同围压下力链的数量、方向概率等随轴向应变的变化。研究结果表明:不断加载使得游离的高应力颗粒有所减少,荷载更多的被力链承担;统计意义上,力链最大长度为9个颗粒。轴向±30o范围内力链概率随应变的发展与偏应力一致,而与其邻接的[40o,60o]和[120o,140o]两个方向上的力链概率随应变的发展与偏应力相反;双轴试样剪切破坏时有单剪切带和双剪切带两种模式,当[40o,60o]和[120o,140o]两个角度区间的力链概率有较大差异时,剪切带出现在力链较少的角度区间;当这两个角度区间力链概率接近时,试样中将出现两个剪切带。

关键词：颗粒材料双轴压缩试验力链方向概率剪切带

离散元法金属粉末高速压制过程中力链特性量化研究

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机械工程学报 2018年第10期54卷 85-92页

作者：张炜周剑于世伟张雪洁刘焜合肥工业大学摩擦学研究所

力链作为粉末颗粒体系中细观力学尺度结构,起到微观粉末运动与宏观力学性质变化联系纽带作用。采用离散元方法对金属粉末高速压制过程进行模拟,通过数目、长度、强度、准直系数这四种评估标准对力链特性进行量化研究,对比高速压制与一... 详细信息

力链作为粉末颗粒体系中细观力学尺度结构,起到微观粉末运动与宏观力学性质变化联系纽带作用。采用离散元方法对金属粉末高速压制过程进行模拟,通过数目、长度、强度、准直系数这四种评估标准对力链特性进行量化研究,对比高速压制与一般压制状态下力链特性的差异,分析不同因素对高速压制中力链特性的影响。研究结果表明:高速压制过程与普通压制过程的力链初始状态具有差异,且高速压制过程中力链数目、长度、强度、准直系数均经历更为快速的变化过程。针对高速压制过程,颗粒间摩擦因数μ为0与非0条件下力链特性差异较大;不同初始密集程度下力链特性变化过程不同,但最后均较为接近;随着冲击速度的增加,力链特性变化幅度也逐渐增大。研究工作拓展了基于力链层面分析粉末高速压制过程中密度均匀化及致密化过程的理论基础。

关键词：金属粉末高速压制力链量化离散元

基于颗粒物质力学的铁粉末压制中摩擦特性对力链演化影响

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摩擦学学报 2022年第2期42卷 386-395页

作者：张炜谈健君张帅陈荣昕陈丙三张宁刘焜福建工程学院机械与汽车工程学院福建福州350118 合肥工业大学摩擦学研究所安徽合肥230009

结合颗粒物质力学理论,通过离散元法实现铁粉末压制过程模拟并通过压制方程进行验证,针对粉末体系中的力链演化问题,提出力链特征定量分析方式,进一步通过分析不同颗粒间摩擦系数、侧壁摩擦系数与颗粒运动状态转变的方式,探讨摩擦特性... 详细信息

结合颗粒物质力学理论,通过离散元法实现铁粉末压制过程模拟并通过压制方程进行验证,针对粉末体系中的力链演化问题,提出力链特征定量分析方式,进一步通过分析不同颗粒间摩擦系数、侧壁摩擦系数与颗粒运动状态转变的方式,探讨摩擦特性对力链量化特征的影响,从而建立摩擦行为与力链演化间的联系.研究结果表明:随颗粒间摩擦系数增大,整体力链数目变少,力链方向系数、承载不均匀度及单位屈曲度均变大,而随侧壁摩擦系数增大,力链特征差异较小,则颗粒间摩擦系数较侧壁摩擦系数对力链特征演化具有更显著影响.同时发现,颗粒接触状态的改变与力链特征演化间具有对应性.研究成果将进一步拓展粉末压制中考虑摩擦行为及力链演化过程在内的粉体致密化行为理论.

关键词：颗粒物质离散元法粉末压制摩擦特性力链

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高炉内炉料流动模式及力链分布的离散元模拟

东北大学学报（自然科学版） 2012年第5期33卷 677-680页

作者：李强冯明霞高攀邹宗树东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110819 辽宁科技学院冶金工程学院辽宁本溪117004

基于离散元数值计算方法,建立了高炉内炉料颗粒尺度运动行为的数学模型,主要研究固体炉料的运动模式和颗粒间相互作用力链的分布.结果表明:建立的离散元模型计算获得了炉内颗粒间的介观力链结构,炉底中心部位存在强力链结构支撑高炉料柱... 详细信息

基于离散元数值计算方法,建立了高炉内炉料颗粒尺度运动行为的数学模型,主要研究固体炉料的运动模式和颗粒间相互作用力链的分布.结果表明:建立的离散元模型计算获得了炉内颗粒间的介观力链结构,炉底中心部位存在强力链结构支撑高炉料柱,最强力链结构对应于死料柱区,而且离散元模拟也给出炉内固体料运动模式由四个区域构成,分别为死料柱区、活塞流区、准静态滑流区和沟流区,而沟流区的力链最弱.

关键词：力链离散元高炉炉料流动

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苜蓿振动压缩成型过程中的力链演变

农业工程学报 2022年第2期38卷 33-40页

作者：杜海君雷霆张永安武佩马彦华布库内蒙古农业大学机电工程学院内蒙古自治区草业与养殖业智能装备工程技术研究中心呼和浩特010018 中国农业科学院草原研究所呼和浩特010010

为分析生物质在压缩过程中的力学行为,揭示振动压缩成型机理,基于离散元仿真分析方法对揉碎苜蓿振动压缩过程中应力传递,力链结构及演变过程进行研究。参照实际压缩成型试验,建立了揉碎苜蓿压缩系统的离散元仿真模型,利用物理试验对模... 详细信息

为分析生物质在压缩过程中的力学行为,揭示振动压缩成型机理,基于离散元仿真分析方法对揉碎苜蓿振动压缩过程中应力传递,力链结构及演变过程进行研究。参照实际压缩成型试验,建立了揉碎苜蓿压缩系统的离散元仿真模型,利用物理试验对模型有效性进行了验证。基于建立的离散元仿真模型,进行了压缩过程中力链结构及演变的仿真分析,研究结果表明揉碎苜蓿无振动与振动压缩时力链分布及演变过程有所不同,无振动压缩轴向力链从上至下传递,强力链分布密度亦从上到下逐层递减;振动压缩在压缩初期轴向力链由下向上传递,后期则是上下同时向中间传递,压缩结束时成型块内强力链分布较为均匀。径向方向随着压缩行程的增加,强力链出现在心部周围,并且逐渐增强向外传递;在相同时刻,振动压缩时物料内产生强力链的分布密度及强度均小于无振动压缩时产生的强力链。对压缩行程末期的孔隙率研究发现,无振动压缩时上、下层物料孔隙率较小,中下层孔隙率较大,疏密两层孔隙率差值为3.65个百分点;振动压缩时模具内各层物料的孔隙率基本保持由上向下的递减趋势,疏密两层孔隙率差值为2.71个百分点,说明振动有利于均化物料的成型密度。该研究从细观尺度分析了生物质在振动压缩过程中的力学特性,可为探究振动压缩成型机理提供一种新途径。

关键词：振动离散元苜蓿力链孔隙率