存在填隙流體顆粒離散元法理論研究.pdf

1、離散元法(DEM)是分析散體力學(xué)行為的數(shù)值方法,顆粒離散元法適用于單個(gè)幾何形狀可用圓球近似而不產(chǎn)生顯著差異的情況.兩圓盤間介質(zhì)的擠壓流動(dòng)問題是分析兩圓球間介質(zhì)擠壓流動(dòng)的基礎(chǔ).當(dāng)顆粒之間有法向或切向相對運(yùn)動(dòng)時(shí),由于存在填隙流體,顆粒之間產(chǎn)生的法向的擠壓力和切向阻力,是濕顆粒離散元法的理論基礎(chǔ).因此,研究存在填隙流體時(shí)顆粒之間的相互作用力具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義.該文主要研究工作如下:1.研究了存在壁面滑移時(shí)兩剛性圓盤間剛塑性介質(zhì)的擠壓

2、流動(dòng).首先對現(xiàn)有的庫侖摩擦條件下的壓力規(guī)律做了進(jìn)一步的研究,找到了一種更合理的圓盤上的壓力分布規(guī)律.同時(shí),在圓盤邊緣處滑移速度一定,介質(zhì)的滑移速度隨著半徑線性變化的假設(shè)下,引入合理的速度場,得到了另一種圓盤上的壓力分布規(guī)律,并對不同的摩擦條件及用不同方法計(jì)算得到的結(jié)果進(jìn)行了對比.2.以Reynolds潤滑理論為基礎(chǔ),采用小參數(shù)法研究了存在滑移時(shí)兩剛性圓盤間二階流體的擠壓流動(dòng),導(dǎo)出了流體的速度場和壓力分布,進(jìn)而求出圓盤間擠壓力的解析表達(dá)式

3、.3.研究了存在壁面滑移時(shí)兩圓盤間賓漢流體的擠壓流動(dòng),得到了計(jì)算流體剛性區(qū)和擠壓粘性力的公式.結(jié)果表明,圓盤上的擠壓力隨著滑移參數(shù)的增加而減小,當(dāng)流體全部處于流動(dòng)狀態(tài)時(shí),即為圓盤擠壓牛頓流體時(shí)的情況;當(dāng)流體全部處于剛性狀態(tài)時(shí),即為圓盤擠壓理想剛塑性介質(zhì)時(shí)的情況.4.采用Reynolds潤滑理論和小參數(shù)法等研究了存在填隙二階流體時(shí)兩球法向及切向運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)、位移及壓力分布規(guī)律,從而求出擠壓力或切向阻力、阻力矩的解析解.結(jié)果表明,二階流體的

4、本構(gòu)關(guān)系雖然比牛頓流體復(fù)雜得多,但法向擠壓力與牛頓流體相比只有微小的偏離,而切向阻力和阻力矩與牛頓流體相同.所以,當(dāng)兩球間存在填隙二階流體時(shí),顆粒間的相互作用力可采用存在牛頓流體時(shí)的理論結(jié)果.5.研究了存在填隙Herschel-Bulkley流體時(shí)兩球法向運(yùn)動(dòng)時(shí)的擠壓力,并且證明了法向擠壓力的解分別可以退回到賓漢流體或冪律流體情形.6.利用上述理論以及DEM TRUBAL程序,研究了存在填隙流體時(shí)顆粒規(guī)則排列單向壓縮問題,得到了宏觀應(yīng)力

5、應(yīng)變曲線隨流體性質(zhì)、壁的運(yùn)動(dòng)速度等的變化規(guī)律;并對隨機(jī)排列單向壓縮問題進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了宏觀應(yīng)力應(yīng)變平均曲線;并對干、濕兩種情況下顆粒的模擬結(jié)果進(jìn)行了對比.7.對存在填隙流體時(shí)離散元法的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索,對塊石土強(qiáng)夯過程和擋土墻問題等進(jìn)行了簡單的離散元模擬,可以看出采用存在填隙流體時(shí)球顆粒間的作用規(guī)律后,可以對一些問題定性分析.該文從細(xì)觀上得到了顆粒間的相互作用規(guī)律,為離散元法增加了新的理論模型,增加了新的思路,具有參考意義和潛在