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颗粒碰撞恢复系数的研究进展与应用

科技与创新 2024年第5期 188-190页

作者：邹志祥刘彦平青岛理工大学理学院山东青岛266400

颗粒物质广泛存在,颗粒碰撞问题是力学领域研究的难点之一,碰撞理论可以为农业、矿业、建筑业等领域的深入研究提供参考,具有重要的现实意义。通过概述颗粒恢复系数的适用性与影响因素,分析颗粒恢复系数测量装置的特征,总结颗粒碰撞恢... 详细信息

颗粒物质广泛存在,颗粒碰撞问题是力学领域研究的难点之一,碰撞理论可以为农业、矿业、建筑业等领域的深入研究提供参考,具有重要的现实意义。通过概述颗粒恢复系数的适用性与影响因素,分析颗粒恢复系数测量装置的特征,总结颗粒碰撞恢复系数(Coefficient of Restitution,COR)在农业和数值模拟中的应用,并对非球形颗粒恢复系数的力学研究、颗粒系统下恢复系数的研究与颗粒恢复系数测量设备的优化研究提出展望,为相关产业研究与实验提供基础。

关键词：颗粒碰撞恢复系数影响因素测量设备

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基于无量纲分析的法向恢复系数模型研究

力学学报 2023年第4期55卷 982-990页

作者：马佳揭豪白梦昊彭静陈辉陈得良长沙理工大学土木工程学院长沙410114 德国萨尔大学材料科学与工程系德国萨尔布吕肯66123

作为描述接触碰撞过程能量损失的重要参量,恢复系数的深入研究对于提升现有接触碰撞力模型预测性能、准确描述接触碰撞现象,并进一步探明其对机械系统整体动态特性影响规律方面具有重要作用.鉴于现有恢复系数模型计算精度的局限性,本文... 详细信息

作为描述接触碰撞过程能量损失的重要参量,恢复系数的深入研究对于提升现有接触碰撞力模型预测性能、准确描述接触碰撞现象,并进一步探明其对机械系统整体动态特性影响规律方面具有重要作用.鉴于现有恢复系数模型计算精度的局限性,本文基于无量纲分析方法,提出了一种考虑材料特性与初始碰撞速度的新型恢复系数模型.具体实施过程如下:首先,利用有限元软件ABAQUS建立弹性球-理想弹塑性基底法向接触碰撞数值仿真模型,分别从最小网格尺寸设置与接触碰撞能量转换角度验证了所建模型的有效性;基于此模型开展多工况下的数值模拟研究,分析不同材料弹塑性参数与初始碰撞速度对接触碰撞响应的影响;在此基础上,引入无量纲化参数E^(*)/(ρv_(nc)^(2))与σ_(y)/E^(*),寻找恢复系数与弹塑性参数及初始碰撞速度间的函数关系;进一步结合Johnson塑性碰撞理论,反向推算获取屈服速度与材料属性的映射关系,最终建立无量纲化恢复系数新模型;通过与低速试验数据、高速有限元模拟结果的对比,验证了新模型的预测精度和泛化性能.

关键词：接触碰撞过程能量耗散恢复系数无量纲分析有限元方法

落石正、反转转速对法向恢复系数影响的室内试验

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中国地质灾害与防治学报 2022年第2期33卷 42-52页

作者：王庭辉姬中民伍法权贾嘉褚怀保河南理工大学土木工程学院河南焦作454003 绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

为探究落石正转和反转转速对法向恢复系数(R_(n))的影响,选制正方、圆盘和圆柱三种典型形状试块,通过专门研发的落石碰撞测试装置,开展不同正转和反转转速下试块绕X和Y轴与坡面的碰撞测试。试验结果表明:圆盘和圆柱状试块绕Y轴旋转时(... 详细信息

为探究落石正转和反转转速对法向恢复系数(R_(n))的影响,选制正方、圆盘和圆柱三种典型形状试块,通过专门研发的落石碰撞测试装置,开展不同正转和反转转速下试块绕X和Y轴与坡面的碰撞测试。试验结果表明:圆盘和圆柱状试块绕Y轴旋转时(近似正碰),转速对R_(n)基本无影响;3种形状试块绕X轴旋转时(非正碰),转速和R_(n)存在一定相关性,但R_(n)还受到试块形状和冲击姿态联合影响。为此,引入综合变量-冲击姿态系数(IPC)来量化转速对R_(n)的影响。鉴于不同冲击姿态下法向冲击力对R_(n)的力学作用机制存在差异,对试块冲击回弹特征采取分类探讨。一次冲击回弹型,正转试验中质心(C)在接触点(CP)之后和C在CP之前条件下,IPC与R_(n)分别呈线性正相关和负相关关系;反转试验结果则正好相反。二次冲击回弹型,无论正转或反转,第一次冲击C在CP之前或之后,各形状试块IPC与R_(n)均为强正相关,但各工况下的相关规律并不一致。这些获得的结论基本揭示了转速对R_(n)的影响关系,同时为转动异形落石冲击回弹过程的精准预测提供了参考。

关键词：正转反转恢复系数冲击姿态系数落石

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建筑声学用橡胶球恢复系数的测量方法研究

计量学报 2023年

作者：李玉斌闫建伟罗浩于灵杭州爱测科技有限公司重庆市计量质量检测研究院

橡胶球是一种用于建筑声学测量活动的空心球体，直径180mm，厚度30mm，用于模拟人类活动时产生的声音和振动。恢复系数是衡量橡胶球计量特性的重要指标之一。为简易、快速、准确地测量橡胶球恢复系数，介绍了关于橡胶球恢复系数的测量... 详细信息

橡胶球是一种用于建筑声学测量活动的空心球体，直径180mm，厚度30mm，用于模拟人类活动时产生的声音和振动。恢复系数是衡量橡胶球计量特性的重要指标之一。为简易、快速、准确地测量橡胶球恢复系数，介绍了关于橡胶球恢复系数的测量方法及其系统构建。测量系统由多通道信号分析仪、加速度传感器、PC电脑及软件、测试工装组成。通过实时采集橡胶球的时域信号，并进行处理计算，得出测量值。考虑使用环境对测量带来的误差，给出了两种恢复系数的测量方法作为参考对比（基于初始高度和任意高度下落）。实验结果表明：在三个不同预设高度下（0.8m/1m/1.2m），两种方法得到的恢复系数均在实际目标允许误差范围内（0.8±0.1），证明了两种方法的可行性。总之，提出的两种橡胶球恢复系数测量方法具有结构简单、测量精准和高效的特点，特别是利用弹跳碰撞时间差计算橡胶球恢复系数的方法简便易行，具有良好的工程实用性。

关键词：声学计量橡胶球恢复系数建筑声学计量器具

非结构化农业散粒物料间碰撞恢复系数测定实验平台

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实验技术与管理 2022年第6期39卷 109-114页

作者：杨靖恺刘桂成付函杜文迪吴志治华南农业大学工程学院广东广州510642

在应用理论力学指导现代农业机械设计的教学和科研中,恢复系数是仿真设计作物播种、收获、输送等环节相关工作部件和性能分析的属性参数之一。针对现有实验设备获取非结构化农业散粒物料间碰撞恢复系数受限的问题,基于滑动碰撞原理、镜... 详细信息

在应用理论力学指导现代农业机械设计的教学和科研中,恢复系数是仿真设计作物播种、收获、输送等环节相关工作部件和性能分析的属性参数之一。针对现有实验设备获取非结构化农业散粒物料间碰撞恢复系数受限的问题,基于滑动碰撞原理、镜面反射原理和运动形式转换思路,开发了三维碰撞恢复系数测定实验平台。以鲜苹果为测试对象,开展果实间不同碰撞角度下恢复系数的测定实验,结果表明该平台测定精度高、处理简单、适应性广,完善了现代农业机械设计领域力学的实验教学和科研手段,丰富了实践教学环节,促进了科研创新,为科研辅助教学提供了良好的平台。

关键词：散粒物料恢复系数镜面反射三维碰撞运动学

落石形状和尺寸对恢复系数影响的室内试验研究

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岩土力学 2021年第3期42卷 665-672页

作者：姬中民唐一举伍法权刘静陈天立陈志坚河北工程大学地球科学与工程学院河北邯郸056038 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 河南工业和信息化职业学院资源环境系河南焦作4540003 绍兴文理学院土木工程学院浙江绍兴312000 河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100

为了研究落石形状和尺寸对恢复系数的影响,通过专门设计的落石碰撞测试装置,分别展开10种不同形状和5种不同尺寸的试块与坡面的碰撞测试。基于冲击动力学理论对试验结果进行分析,法向恢复系数R_(n)对试块形状的变化非常敏感,且非棱角状... 详细信息

为了研究落石形状和尺寸对恢复系数的影响,通过专门设计的落石碰撞测试装置,分别展开10种不同形状和5种不同尺寸的试块与坡面的碰撞测试。基于冲击动力学理论对试验结果进行分析,法向恢复系数R_(n)对试块形状的变化非常敏感,且非棱角状试块的R_(n)值明显高于棱角状试块。非棱角状试块R_(n)值大小依次为球形>椭球>球底圆锥>圆柱>圆盘,棱角状试块的R_(n)值大小依次为正二十面体>正方体>正四面体>长方体>三角板。综合考虑试块的几何构型和表面积分布特征,引入一个新的形状量化指标——形状因子η,其与非棱角状试块和棱角状试块的R_(n)值分别呈强线性正相关。相较于R_(n),试块形状对切向恢复系数R_t的影响较弱,且棱角状试块的R_t值整体略大于非棱角试块。试块尺寸对R_(n)和R_t的影响均较为显著,且与R_(n)和R_t均呈良好的线性负相关关系。这些获得的规律可为落石灾害的准确预测提供重要参考。

关键词：落石形状尺寸恢复系数形状因子

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恒定外力作用下的碰撞过程恢复系数模型研究

振动与冲击 2021年第12期40卷 62-69页

作者：郭振陈渭耿煜刘喆西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室西安710049

针对目前恢复系数模型由于忽略恒定外力作用影响,从而导致无法有效预测多体系统碰撞过程中能量耗散的问题,提出一种恒定外力作用下的恢复系数模型。在结合碰撞过程中赫兹在弹性阶段以及Jackson和Green在弹塑性阶段建立的接触力和侵入深... 详细信息

针对目前恢复系数模型由于忽略恒定外力作用影响,从而导致无法有效预测多体系统碰撞过程中能量耗散的问题,提出一种恒定外力作用下的恢复系数模型。在结合碰撞过程中赫兹在弹性阶段以及Jackson和Green在弹塑性阶段建立的接触力和侵入深度关系模型的基础上,加入恒定外力的作用,同时根据碰撞过程中能量守恒原理,获得碰撞后的分离速度,建立恒定外力作用下的恢复系数模型,同时为提高工程实际应用计算效率,简化该计算过程,获得经验公式。将提出的恒定外力作用下的恢复系数模型与已有的恢复系数模型进行对比分析,结果表明:低速重载时恒定外力对恢复系数影响较大,且随着恒定外力的增加,使得侵入深度增加,进而导致塑性变形增加,分离速度减小,传统恢复系数模型不再适用,因而考虑恒定外力作用下的恢复系数可为不同初始速度和恒定外力作用的多体系统碰撞过程提供更为准确的计算模型。

关键词：多体动力学恒定外力恢复系数弹塑性碰撞

双流体模型中曳力及恢复系数对气固流动的影响

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高校化学工程学报 2006年第2期20卷 164-168页

作者：王嘉骏顾雪萍杨富军冯连芳浙江大学化学工程与生物工程学系化学工程联合国家重点实验室聚合反应工程分室浙江杭州310027

应用双流体模型CFD模拟的方法,从恢复系数和曳力两方面,研究了气固密相流化床中颗粒之间和气固相之间的相互作用对床内非均匀流动结构形成与变化的影响。计算结果表明颗粒间非弹性碰撞和气固间曳力的增大均使气固两相流动的非均匀性增... 详细信息

应用双流体模型CFD模拟的方法,从恢复系数和曳力两方面,研究了气固密相流化床中颗粒之间和气固相之间的相互作用对床内非均匀流动结构形成与变化的影响。计算结果表明颗粒间非弹性碰撞和气固间曳力的增大均使气固两相流动的非均匀性增大。通过比较二者对非均匀流动结构的影响,发现气固间曳力是形成非均匀流动结构的决定因素。从碰撞耗散、颗粒动能和颗粒势能的角度分析了二者的作用机理,发现恢复系数和曳力对流动结构的作用主要区别在于对颗粒团聚和床层膨胀的影响程度不同。

关键词：气固流化床双流体模型非均匀流动结构恢复系数曳力

采用高速摄影技术测定油葵籽粒三维碰撞恢复系数

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农业工程学报 2020年第4期36卷 44-53页

作者：刘羊宗望远马丽娜黄小毛李茂唐灿华中农业大学工学院武汉430070 农业部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

为了建立油葵籽粒在收获、输送等机械化生产环节中与机具零部件间作用的碰撞模型。该文基于镜面反射原理和运动学原理,设计了模拟三维空间坐标系的油葵籽粒碰撞恢复系数测定装置。选取新疆收获期矮大头DW667品种油葵籽粒作为研究对象,... 详细信息

为了建立油葵籽粒在收获、输送等机械化生产环节中与机具零部件间作用的碰撞模型。该文基于镜面反射原理和运动学原理,设计了模拟三维空间坐标系的油葵籽粒碰撞恢复系数测定装置。选取新疆收获期矮大头DW667品种油葵籽粒作为研究对象,借助高速摄影技术,记录油葵籽粒在空间碰撞运动中的三维动态坐标。针对影响油葵恢复系数的因素:碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位、材料厚度和含水率等开展了单因素试验和正交试验研究。单因素试验结果表明,油葵籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小;油葵籽粒与Q235之间恢复系数,随碰撞角度的整体变化趋势是随碰撞角度增加而增大,随着下落高度的增加而减小,随着材料厚度的增加而增大,随着含水率增大而降低,且在碰撞部位试验中,籽粒上侧与碰撞材料碰撞恢复系数最大。建立了下落高度、碰撞角度、材料厚度、含水率与恢复系数的回归方程,且方程的决定系数均大于0.95。正交试验结果表明,影响恢复系数各因素的次序为:碰撞材料>碰撞部位>下落高度>碰撞角度>材料厚度>含水率,其中碰撞材料、下落高度、碰撞角度、碰撞部位影响极显著,材料厚度、含水率影响显著。对比试验结果表明:基于古典牛顿法求解的恢复系数值小于能量角度求解的恢复系数值;三维碰撞法比二维碰撞法求解的恢复系数值高。验证试验结果表明:三维碰撞法计算出的预测反弹高度值更接近油葵籽粒实际反弹高度值。该研究结果可为油葵机械化生产关键部件优化设计提供参考以及为农业物料参数求解提供新的思路。

关键词：农作物运动学镜面反射三维碰撞变化规律油葵籽粒恢复系数