離散元干-濕顆粒模型研究及應用.pdf

1、顆粒離散元法是分析散體力學行為的新有有效數(shù)值方法,其應用涵蓋諸多工程領域.接觸模型是離散元法的基礎,目前多采用干球顆粒模型模擬,而國際上基于濕顆粒模型的模擬極少,且限于牛頓流體,特別是對于球顆粒的切向錯移的研究迄今仍然停留在O'Neill和Goldman在1967年前牛頓流體下圓球相對于平板切向運動的解.該文重點是建立非牛頓的冪律流體濕顆粒模型并結合典型工程背景進行離散元模擬初步探索.1.在濕顆粒離散元建模方面,該文完成了如下研究:(1

2、)對填隙冪律流體下兩球間的法向對心擠壓流動得到了流體壓力分布和粘性力的數(shù)值解,作者參與其中并給出了超幾何函數(shù)形式的解析解.該文解光滑連續(xù),比Rodin的分段解精確合理.(2)填隙冪律流體下兩圓球切向錯移時的粘性力分析是該文的核心.由于分析上的困難,作者曾在對速度場作附加假定條件下得到壓力分布和粘性阻力的數(shù)值解;該文則進一步放棄附加假定,得到更為精確的壓力方程,并得到相應的壓力分布和阻力的解析解,解決了30多年來停滯不前的難題.(3)對填

3、隙賓漢流體下兩球間的擠壓流動進行了初步分析,導出了與壓力分布相關的屈服區(qū)-剛性層界面的方程,并得到擠壓粘性力的擬合公式.作者已認識到由于賓漢流體存在屈服應力所引起的復雜性,還有不少問題需要進行深入探討.2.將冪律流體濕顆粒模型形成算法并加入到離散元程序中,初步模擬了貫入和兩面楔切土兩種典型工程問題.這些模擬實踐所表明的共同規(guī)律是,顆粒床的阻力隨著貫入或推-切土過程的演進呈波動狀增加,這與顆粒間接觸聯(lián)系的不斷破壞和重新形成有關;濕顆粒床的

4、阻力要比干顆粒床大,而且隨著冪指數(shù)的增大而增大.不同類型的模擬又有自身規(guī)律,如貫入棒插入料床后在插入端附近產生應力集中,接觸力在其下區(qū)域呈輻射狀傳遞因而端部承受了絕大部分阻力;兩面楔切土模擬指出楔的水平傾角越大,推土所受的阻力也越大.這些看似簡單而合乎實際的結果不僅證明了顆粒離散元法的合理性,也預示了用該方法精確描述壁運動條件進行大規(guī)模科學計算有可能定量地完成過程工程的仿真,具有技術創(chuàng)新意義.該文的主要創(chuàng)新點在于,在Reynolds假定