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建筑玻璃板在爆炸荷载下的破碎性能(Ⅰ)——理论模型

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土木工程学报 2014年第2期47卷 23-29页

作者：李国强葛杰陈素文同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092 同济大学土木工程学院上海200092 中建八局技术中心上海200120

爆炸、恐怖袭击等事件的发生常常引起建筑物外表面门窗玻璃的破碎、跌落以及玻璃碎片的飞溅,除了爆炸冲击波对建筑物内的直接冲击造成的损害之外,爆炸引起的玻璃碎片的飞溅常常是造成建筑物内人员伤亡和财产损失的另一个主要原因。针对... 详细信息

爆炸、恐怖袭击等事件的发生常常引起建筑物外表面门窗玻璃的破碎、跌落以及玻璃碎片的飞溅,除了爆炸冲击波对建筑物内的直接冲击造成的损害之外,爆炸引起的玻璃碎片的飞溅常常是造成建筑物内人员伤亡和财产损失的另一个主要原因。针对爆炸事故中玻璃碎片产生的次生灾害,重点探讨爆炸荷载下玻璃碎片的破碎性能及其危害范围。基于能量守恒原理,分析建筑玻璃板在爆炸荷载下的破碎特征,提出玻璃板破碎后产生的玻璃碎片的抛射速度理论模型;根据动力学方程,考虑玻璃碎片飞溅过程中速度变化的影响因素,研究玻璃碎片的抛射速度变化和飞溅距离,确立爆炸荷载下玻璃碎片的飞行轨迹。另一篇系列文章将通过现场的爆炸试验验证本文公式的准确性。

关键词：爆炸荷载玻璃碎片破碎性能抛射速度飞行轨迹

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爆炸冲击作用下绝热挡环破碎性能研究

应用力学学报 2021年第4期38卷 1309-1317页

作者：董新刚郑凯斌喻琳峰吴玉燕李岩芳中国航天科技集团有限公司第四研究院第四十一研究所燃烧热结构与内流场重点实验室西安710025

固冲发动机转级时转级机构通常采用火工品爆炸破碎方式进行分离,转级机构的绝热挡环须可靠破碎成小碎片,从而在转级过程中不产生过高的压强峰值,对于确保进气道正常起动至关重要。本文采用光滑粒子动力学(SPH)方法,绝热挡环材料采用正... 详细信息

固冲发动机转级时转级机构通常采用火工品爆炸破碎方式进行分离,转级机构的绝热挡环须可靠破碎成小碎片,从而在转级过程中不产生过高的压强峰值,对于确保进气道正常起动至关重要。本文采用光滑粒子动力学(SPH)方法,绝热挡环材料采用正交各向异性连续介质模型,对爆炸冲击作用下绝热挡环的破碎性能开展了数值仿真分析,获得了有无削弱槽结构的破碎开裂形式和碎片尺寸,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,数值仿真结果与试验结果基本一致,碎片尺寸的最大值偏差为6.5%。通过数值仿真分析,揭示了爆炸冲击作用下绝热挡环的破碎过程,对评估绝热挡环削弱槽的结构优化设计具有一定的指导意义。

关键词：固冲发动机转级机构爆炸冲击破碎性能数值仿真试验研究

基于破碎性能和衬板磨损特性分析的旋回破碎腔型优化设计

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北京科技大学学报 2008年第11期30卷 1301-1306页

作者：龚姚腾张文明罗小燕北京科技大学土木与环境工程学院北京100083 江西理工大学机电工程学院赣州341000

在分析当前旋回破碎腔型结构及衬板磨损特征的基础上,通过计算破碎腔各截面通过率确定破碎产能,采用三次样条曲线对破碎腔型进行几何描述.以破碎生产率和啮角为约束条件建立破碎腔的目标函数,对旋回破碎腔进行优化设计,利用计算机绘制... 详细信息

在分析当前旋回破碎腔型结构及衬板磨损特征的基础上,通过计算破碎腔各截面通过率确定破碎产能,采用三次样条曲线对破碎腔型进行几何描述.以破碎生产率和啮角为约束条件建立破碎腔的目标函数,对旋回破碎腔进行优化设计,利用计算机绘制腔型曲线.按照高铝矿的破碎实际要求制定了实验方案.实验结果表明,采用优化后腔型和新衬板,其破碎产能、破碎产品的合格率和衬板耐磨寿命均有显著提高.

关键词：旋回破碎机破碎性能磨损特征腔型结构优化设计

基于离散元法的振动破碎机破碎性能仿真优化分析

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烧结球团 2020年第1期45卷 43-49页

作者：徐景秀张青姚慧欧阳曦江泽鑫黄冈师范学院湖北黄冈438000 武汉科技大学湖北武汉430081 冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室湖北武汉430081

为提高振动破碎机的破碎性能,考虑矿石的异形特征与其内部间的力学特性,运用三维逆向建模技术,得到典型钨矿石3种外形的云点数据,构建了异形多级内聚颗粒的几何及力学模型;利用离散元软件EDEM对破碎机工作过程进行仿真分析,采用二次回... 详细信息

为提高振动破碎机的破碎性能,考虑矿石的异形特征与其内部间的力学特性,运用三维逆向建模技术,得到典型钨矿石3种外形的云点数据,构建了异形多级内聚颗粒的几何及力学模型;利用离散元软件EDEM对破碎机工作过程进行仿真分析,采用二次回归正交旋转组合设计,建立破碎性能评价指标的多元回归模型及响应曲面,对试验结果进行参数优化。优化结果表明:在外锥转速为46.5 r/min、内锥振动频率为42.8 Hz、给料速度为72.6 kg/s时,振动破碎机破碎性能最优。实际破碎试验结果表明:仿真试验结果与实际试验结果在数值上存在一定偏差,但两者变化趋势及相互之间大小关系基本一致,表明了所建颗粒模型的可靠性,以及使用离散元法优化振动破碎机破碎性能的可行性。

关键词：异形颗粒模型离散元破碎机破碎性能正交旋转试验仿真优化

立轴冲击式破碎机导料板数量与破碎性能关联研究

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中国钨业 2017年第2期32卷 65-70页

作者：刘道修杨琴朱贤云郭晋张鹏蔡改贫江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

根据立轴冲击式破碎机的结构建立转子与破碎腔的几何模型,应用离散元软件EDEM针对不同导料板数量进行仿真研究,探索不同导料板数量与破碎性能之间的内在联系。通过对颗粒运动轨迹及颗粒运动速度进行分析,分别研究了4种转子对颗粒的加速... 详细信息

根据立轴冲击式破碎机的结构建立转子与破碎腔的几何模型,应用离散元软件EDEM针对不同导料板数量进行仿真研究,探索不同导料板数量与破碎性能之间的内在联系。通过对颗粒运动轨迹及颗粒运动速度进行分析,分别研究了4种转子对颗粒的加速效果影响。结果表明:转子导料板数量为4时,颗粒二次加速后的峰值最高;而导料板数量为5时,高速颗粒所占比例最高,颗粒的破碎动能以及破碎效果最佳。该研究结果对转子结构的设计与工程优化提供新的视角与手段。

关键词：立轴式冲击破碎机离散元法导料板破碎性能 EDEM

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高碳铬铁合金固相显微结构及破碎性能

中国冶金 2019年第3期29卷 67-72页

作者：朱青德魏国立蔡丽勇张有余酒泉钢铁(集团)有限责任公司甘肃嘉峪关735100

为了研究高碳铬铁合金在浇注过程添加硅铁粉和铝后固相显微结构及破碎性能变化,在0.2t多功能炼钢中试炉重熔某铁合金公司生产的高碳铬铁,浇注时分别添加硅铁粉和铝,分析重熔的常规高碳铬铁、添加铝及硅铁粉的高碳铬铁的固相显微结构,并... 详细信息

为了研究高碳铬铁合金在浇注过程添加硅铁粉和铝后固相显微结构及破碎性能变化,在0.2t多功能炼钢中试炉重熔某铁合金公司生产的高碳铬铁,浇注时分别添加硅铁粉和铝,分析重熔的常规高碳铬铁、添加铝及硅铁粉的高碳铬铁的固相显微结构,并将样品经颚式破碎机破碎。结果表明,高碳铬铁显微结构主要由(Cr,Fe)7C3固态相和(Cr,Fe)7Si固态相组成,有部分TiN、MnS和Al2O3夹杂物析出,常规高碳铬铁中未发现Al2O3夹杂物,而添加硅铁粉和铝的高碳铬铁中均析出了Al2O3及TiN夹杂物;添加铝的高碳铬铁组织致密,气孔率小,而常规高碳铬铁存在大量裂纹和孔洞,组织疏松,添加硅铁粉的高碳铬铁介于两者之间;经颚式破碎机破碎后,常规高碳铬铁、添加硅铁粉的高碳铬铁和添加铝的高碳铬铁破碎后粉末率分别为13.2%、11.7%和9.5%。

关键词：高碳铬铁铝硅铁粉显微结构破碎性能

高压水预裂与截齿联合破煤实验系统设计与破碎性能研究

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高压水预裂与截齿联合破煤实验系统设计与破碎性能研究

作者：米豪鼎辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

煤炭在我国能源矿产领域占主导地位,针对硬质难采煤层,采用传统截割方式所造成开采效率低下的问题,一直以来都限制着煤炭生产行业的发展,随着近年国内大储量优质煤层的不断开采,煤层硬质比例不断上升,煤炭整体的开采难度也呈加大趋势,... 详细信息

煤炭在我国能源矿产领域占主导地位,针对硬质难采煤层,采用传统截割方式所造成开采效率低下的问题,一直以来都限制着煤炭生产行业的发展,随着近年国内大储量优质煤层的不断开采,煤层硬质比例不断上升,煤炭整体的开采难度也呈加大趋势,寻求一种针对硬质煤层开采效率提升具有普遍适用性的方法,成为促进煤矿实现智能化的重要途径。针对坚硬煤层具有强度大、结构致密、裂隙不发育等特征,本文基于机械结构设计和采矿工程学科交叉,综合采用理论分析与计算、数值模拟与现场试验相结合的研究方法,提出了一种高压水对煤体实现预裂的方法,建立了煤体致裂、预裂理论模型,分析了预裂后煤体对滚筒截割力以及截割比能耗影响因素,进行了直孔/斜孔高压水预裂模拟研究,基于理论研究,设计了高压水预裂实验系统,进行了煤壁高压水预裂截割运行实验,构建了煤体破碎性能评价体系。本文所得主要研究结果如下:以有限元分析方法作为理论基础,建立了煤壁致裂力学模型,得到了煤壁直孔、斜孔高压注水下对煤壁产生的致裂合力,以摩尔应力圆理论构建的贯通力学模型作为参考,分析了煤壁致裂后形成裂隙发育并完成卸荷达到预裂的过程;分析了滚筒截齿截割过程中所受截割阻力影响因素,构建了滚筒截割比能耗数学模型;利于ABAQUS有限元静力学分析方法模拟了煤壁钻孔注水实验,建立了3种不同钻孔方式下煤壁试件模型,分析了高压注水对不同钻孔方式煤壁的预裂特性影响,仿真结果表明:同等参数条件下,斜孔预裂在等效应力、应变、空间位移峰值上均比直孔预裂大。考虑高压水预裂与截齿联合破煤实验系统功能需求对机构与测试系统设计提出总体方案,设计了截割平台机构,完成了截割平台的截割功能、牵引功能、推进功能、限位功能设计;设计了辅助预裂机构,满足了辅助预裂机构的高压注水功能、围压顶压加载功能;设计了信号测试采集系统,实现了截割过程中红外热像信号、声发射信号、截割参数、破碎过程图片数据信号的采集。基于高压水预裂与截齿联合破煤实验系统功能控制需求对控制系统设计提出总体方案,设计了截割平台运行模式控制,实现了截割平台连续运行、点动运行功能控制;设计了截割平台伺服驱动控制,满足了截割平台位移控制、截割滚筒转速控制;设计了实验系统上位机监控及PLC控制编程,完成了实验系统上位机触摸屏界面设计,实现了高压水泵开断控制、截割平台正向自动循环截割控制、截割平台自动斜切控制、截割平台手动控制、截割平台点动控制控制、截割平台复位控制。以硬质煤层硬度参数范围作为指标,进行了煤样单轴力学性能测试实验,基于不同煤样骨料配比,计算了煤样力学参数,测试结果表明,主要骨料煤、水泥为1:5的均质煤样,其硬度指标参数最高达到f 5.2;基于相似性理论对实际工况的煤层进行缩小,构建了模拟煤壁,以达西定律作为计算理论依据,最优化设计了钻孔直径、钻孔深度,基于实验系统功能设计,完成了实验方案设计;实验结果表明:高压注水预裂煤壁对比同配比及外形尺寸未预裂煤壁在滚筒截齿截割热红外温度数据下降7.7℃,声发射时域幅值下降2.1 V,频域幅值降低0.25 V,截割过程最大截割力下降70.1 k N,平均截割比能耗降低0.15 k W·h/m。各参数均有较为显著的改善,验证煤体预裂后破碎性能良好,方法推广具有实际应用价值。该论文有图79幅,表17个,参考文献106篇。

关键词：硬质煤层高压水预裂实验系统截割信号破碎性能

海底非成岩天然气水合物机械绞吸式刀齿破碎性能研究

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海底非成岩天然气水合物机械绞吸式刀齿破碎性能研究

作者：张亦驰西南石油大学

学位级别：硕士

作为我国第173个矿种,天然气水合物资源量丰富,是一种高效清洁能源,也是未来全球能源发展的重要方向。固态流化开采是我国首创的海底非成岩水合物安全绿色高效开采新思路,而其中海底采掘部分又是该工艺能否达到商业化产气量的关键。本... 详细信息

作为我国第173个矿种,天然气水合物资源量丰富,是一种高效清洁能源,也是未来全球能源发展的重要方向。固态流化开采是我国首创的海底非成岩水合物安全绿色高效开采新思路,而其中海底采掘部分又是该工艺能否达到商业化产气量的关键。本文针对采掘破碎方式之一的机械绞吸式破碎,开展了绞吸式刀头上单个刀齿对水合物矿体的破碎性能研究,是下一步绞吸式破碎刀头设计和优化的重要基础。所开展的主要研究工作如下:(1)针对室内合成海底天然气水合物成本高、周期长且常温常压易分解的问题,配制了两种分别用于替代平均强度水平与峰值强度水平的海底非成岩水合物相似破碎材料,为本文及后续破碎性能实验和工具优化提供了快速低成本样品。考虑到破碎性能研究主要关注水合物破碎时的体积、速度和粒度分布,而在海底原位环境时水合物不易发生相态变化,本文提出基于相似理论采用具有相似力学性质的材料代替海底非成岩水合物开展破碎实验。通过单轴压缩实验、三轴剪切实验、巴西劈裂等实验研究,得到了所配制样品的单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、抗拉强度、粘聚力、内摩擦角等参数,对比水合物相应特性参数,确定了分别针对平均强度和峰值强度水合物的两种配方,掌握了相应配制工艺和方法,绘制了以骨料含量、胶结物中石膏含量为变量的相似材料配制图板,为后续工作提供了破碎样品和宝贵的配方数据。(2)在所配制水合物破碎样品的基础上,开展了刀齿破碎实验,得到了单齿切削宽度、切削深度、前刃面角、侧倾角、切削速度以及材料力学性质等参数对切削载荷和切削比能的影响规律,为机械绞吸式刀头单齿的优化设计提供了依据。针对全尺寸机械绞吸式刀头破碎实验难以实现的问题,拟合了切削深度、切削宽度等参数与切削力的二项式方程。验证了 Evans二维拉伸破碎模型在大前刃面角工况下的适应性,并对小前刃面角工况下的Goktan挤压破碎模型进行了修正,为全尺寸机械绞吸式刀头破碎时切削力的计算仿真奠定了理论基础。(3)在水合物样品单齿破碎实验基础上,通过开展不同切削参数和刀齿结构下水合物样品破碎后粒径分布的研究,得到了各参数对水合物破碎后粒径分布的影响规律。实验数据表明,在所关注参数中切削深度是影响水合物破碎后粒径分布的最主要因素,侧倾角10°楔形齿破碎效果最佳,最大粒径、大粒径组分质量分数等均低于其它齿型,为机械绞吸式破碎刀头的单齿优化设计和选型提供了依据。(4)基于D-P强度准则创建了海底非成岩水合物破碎数值模型,基于该模型采用ABAQUS软件开展了海底非成岩水合物破碎的仿真分析,并结合水合物样品破碎实验数据对模型进行了修正。使用修正后的模型开展了机械绞吸式刀头组合刀齿破碎的仿真研究。为后续海底非成岩水合物的机械破碎仿真研究、机械绞吸式刀头的结构设计与优化提供了仿真模型和方法。本文研制了两种海底非成岩天然气水合物破碎样品,通过样品单齿破碎实验研究发现了切削参数对破碎粒径和载荷的影响规律,找到了影响水合物破碎粒径的主控因素,创建了海底非成岩水合物数值模拟的仿真模型并使用实验数据对其进行了修正,研究成果为海底非成岩水合物机械绞吸式破碎刀头的设计与优化提供了理论和方法,对海底非成岩水合物机械式采掘的研究具有支撑作用。

关键词：天然气水合物相似材料机械破碎绞吸式破碎性能

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振动慢剪破碎机破碎性能分析及实验研究

振动慢剪破碎机破碎性能分析及实验研究

作者：李臣江西理工大学

学位级别：硕士

破碎机作为矿物破碎的主要设备,广泛应用于选矿行业。在世界范围内能源紧缺和矿石品位日趋贫化的背景下,提高破碎机的工作效率,降低破碎能耗将是当前面临的主要问题。因此,开展针对破碎机破碎性能的研究,对实现破碎机的高效、节能和环... 详细信息

破碎机作为矿物破碎的主要设备,广泛应用于选矿行业。在世界范围内能源紧缺和矿石品位日趋贫化的背景下,提高破碎机的工作效率,降低破碎能耗将是当前面临的主要问题。因此,开展针对破碎机破碎性能的研究,对实现破碎机的高效、节能和环保具有重要意义。本文以课题组自行研制的振动慢剪破碎机为研究对象,采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法完成以下工作:基于离散元法并结合矿石破碎实验,构建了符合矿石破碎特性的多尺度内聚矿石颗粒模型;利用已构建的矿石颗粒模型建立起振动慢剪破碎机仿真模型,并对破碎机破碎过程进行了可视化分析;根据单因素试验法探讨了各破碎参数对破碎机破碎性能的影响规律;利用响应曲面法建立破碎机破碎性能预测模型,并对预测模型进行了寻优和验证。论文主要研究结论如下:(1)在单颗粒矿石挤压破碎实验的基础上,采用离散单元法从矿石几何结构多尺度和力学特性多尺度的角度出发,完成了既符合矿石碎后粒度分布又符合矿石破碎力学特性的单颗粒矿石模型构建及矿石颗粒群生成;利用已建立的矿石颗粒模型对矿石破碎的细观机理分析表明:大量细观强力链的断裂是矿石宏观裂纹的细观表现,细观强力链数目直接决定矿石抵抗破坏的能力。(2)开展破碎参数对振动慢剪破碎机破碎性能影响的实验研究,通过对振动慢剪破碎机结构及工作原理分析,确定外锥转速、内锥振幅、内锥振动频率、破碎机排料口间隙、矿石给料速度为影响破碎机破碎性能的主要破碎参数;以-6mm矿石产率和机械能耗作为破碎性能评价指标,实验分析得出各破碎参数对破碎机破碎性能影响的主次程度。(3)利用EDEM与ADAMS联合仿真,建立振动慢剪破碎机仿真模型,对破碎机破碎过程进行可视化分析,通过单因素试验法探讨了各破碎参数对-6mm矿石产率和机械能耗的影响规律。(4)以外锥转速、内锥振幅、内锥振动频率、破碎机排料口间隙、矿石给料速度为回归参数,采用响应曲面法建立了-6mm矿石产率和机械能耗的多元回归预测模型,并利用预测模型对破碎机破碎性能进行寻优,经过对寻优结果的预测值、试验值、仿真值三者对比验证,结果表明预测模型可靠。综上所述,本研究为振动慢剪破碎机破碎性能优化分析奠定了理论基础,也为振动慢剪破碎机及其他破碎设备的节能降耗提供了一定现实指导意义。

关键词：振动慢剪破碎机多尺度内聚矿石颗粒模型破碎性能离散元法