球顆粒流動(dòng)與土壤破碎動(dòng)力學(xué)的數(shù)值與試驗(yàn)方法研究.pdf

1、顆粒流動(dòng)和松散固體的破碎是工程中常見的物理現(xiàn)象，對(duì)相關(guān)的數(shù)值方法的研究有重要價(jià)值。對(duì)前者的研究很多，但是將數(shù)值模擬與試驗(yàn)密切結(jié)合對(duì)模型進(jìn)行定量化驗(yàn)證的研究較少，而后者的研究則是巖土工程中的前沿問題。作者對(duì)上述兩個(gè)選題分別進(jìn)行了半圓柱料倉內(nèi)顆粒流和切土動(dòng)力學(xué)兩項(xiàng)研究。前者是顆粒離散元法的典型應(yīng)用，后者是用可離散有限元法研究土體破裂破碎的初步探索。 在顆粒流方面，系統(tǒng)考察了球顆粒接觸力學(xué)離散元模型的可應(yīng)用性，完成了如下研究：

2、 (1).將數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合，先后完成了顆粒摩擦系數(shù)測定、擬二維與三維球顆粒堆積試驗(yàn)和相應(yīng)的離散元模擬，初步證明了基于圓球接觸力學(xué)的離散元模型的可應(yīng)用性。 (2).以球床式高溫氣冷核反應(yīng)堆堆芯球流為背景，采用半圓柱形透明料倉進(jìn)行了顆粒軌跡跟蹤和雙區(qū)球流的冷態(tài)非循環(huán)的模型試驗(yàn)與DEM模擬，比較分析表明模擬與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。進(jìn)一步顯示了所用離散元模型直觀性好、準(zhǔn)確度較高的優(yōu)點(diǎn)。 (3).在上述實(shí)踐基礎(chǔ)上，提出了一套DE

3、M模型數(shù)值計(jì)算與試驗(yàn)相結(jié)合的方法，即通過試驗(yàn)測定顆粒的某些必要模型參數(shù)，然后設(shè)定最簡單的基本問題進(jìn)行試驗(yàn)，通過DEM模擬比較驗(yàn)證所用模型和算法的可應(yīng)用性，在此基礎(chǔ)上對(duì)應(yīng)用問題進(jìn)行的離散元數(shù)值模擬才是可靠的。 在對(duì)推土鏟等模型部件的切土過程進(jìn)行試驗(yàn)和數(shù)值模擬方面，本文完成了如下研究： (4).利用自主研制的微型切土試驗(yàn)臺(tái)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)測量，采集系統(tǒng)完成了推土鏟、三面楔與鏵式犁的切土試驗(yàn)，對(duì)切土部件的水平阻力和側(cè)向阻力進(jìn)行了分析

4、，所得數(shù)據(jù)結(jié)果為以后的數(shù)值模擬提供了可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。 (5).較全面地介紹了可離散有限元法(FE-DEM)的相關(guān)理論和算法，并首次利用ELFEN程序?qū)⒃摲椒☉?yīng)用于推土鏟切土過程的模擬研究。所得土的破裂破碎形態(tài)與試驗(yàn)大體符合，表明所用方法的可行性，對(duì)松散固體的破裂、破碎分析有重要意義。 論文的創(chuàng)新性表現(xiàn)在： (1)用試驗(yàn)與數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法系統(tǒng)考察了國際流行的基于接觸力學(xué)的球顆粒離散元模型，并證明其可應(yīng)用性，提出