脆性材料在土木工程、建筑工程與軌道工程等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,但目前對其變形、斷裂與破碎過程的理解尚存在不足。對脆性材料破碎的實(shí)驗(yàn)研究雖然是以往研究中最常采用的研究方法,但存在實(shí)驗(yàn)成本較高、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測量的難度較大等問題。數(shù)值模擬方法可以有效地降低實(shí)驗(yàn)研究的成本,并且可以精確地計(jì)算出模擬過程中的相關(guān)數(shù)據(jù),且模擬過程的可視化程度較實(shí)驗(yàn)研究較好。鑒于此,本文提出基于離散元建模方法模擬常見脆性材料—砂石顆粒在擠壓載荷下的破碎過程。本文中所有的離散元建模工作基于開源離散元建模平臺YADE實(shí)現(xiàn),主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:1.提出在簡單立方體堆積（SCP）模型的基礎(chǔ)上分別填充半徑逐漸減小的子顆粒群生成兩種改進(jìn)的立方體堆積模型BCP與TCP,基于Python語言與YADE平臺開發(fā)并實(shí)現(xiàn)本文提出的填充算法。分別研究二維靜態(tài)載荷與三維動態(tài)載荷作用下三種堆積模型（SCP、BCP、TCP）的力學(xué)行為。結(jié)果表明,BCP較SCP而言,抵抗靜態(tài)與動態(tài)載荷的能力顯著提高,但BCP較TCP而言,在靜態(tài)、動態(tài)載荷作用下的力學(xué)特性并未見較大的差異。此外,提出基于斐波那契數(shù)列研究三種堆積模型的尺寸效應(yīng),結(jié)果表明三種堆積模型均表現(xiàn)... 

【文章來源】：華僑大學(xué)福建省

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

全球砂石產(chǎn)銷量分布圖

第 1 章 引言1.1 課題研究的背景及意義我國作為礦產(chǎn)資源大國，在礦產(chǎn)資源大批量產(chǎn)出的同時(shí)，也消耗著世界上大部分的礦產(chǎn)資源。2016 年一次能源生產(chǎn)總量為 34.6 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同比下降4.2%；消費(fèi)總量為 43.6 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增長 1.4%。2016 年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭占 62.0%， 石油占 18.3%， 水電、 風(fēng)電、 核電、天然氣等清潔能源占 19.7%[1]。大批量煤炭產(chǎn)出的同時(shí)也迫切需要破碎機(jī)械破碎原煤后制成小粒徑的煤炭，可以使得煤炭燃燒時(shí)增大與空氣接觸面積進(jìn)而充分燃燒，減少二氧化碳和其他污染物的排放[2]。根據(jù) 2015 年中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的 2015 年中國破碎篩分行業(yè)發(fā)展概況，中國的礦石產(chǎn)銷量占全球 35% （圖 1.1），且權(quán)威數(shù)據(jù)預(yù)測我國砂石骨料的需求量在 2020 年與 2030 年將分別達(dá)到 200 與 250 億噸[3]（圖 1.2）。

機(jī)械破碎或粉碎，也能得到一定尺寸分布與規(guī)格的顆粒道交通行業(yè)的骨料、道砟、碎石等的需求[5-7]。通過破料的比表面積，進(jìn)而加快物料的化學(xué)反應(yīng)速度、使物料排放。對于采礦工程而言，通過機(jī)械破碎礦物，可提取物料的分離與分級等[8]。對于建筑與交通行業(yè)而言，混有嚴(yán)格的尺寸與規(guī)格要求，通過破碎機(jī)械破碎爆破巖體凝土骨料與道砟等材料的尺寸與規(guī)格要求。目前破碎機(jī)大、熱耗散大（大于 50%）、整體效率較低（小于 10%）機(jī)理的研究，可以為設(shè)計(jì)與優(yōu)化破碎機(jī)械提供數(shù)據(jù)參考象是連續(xù)體向非連續(xù)體轉(zhuǎn)化的非可逆過程，因此破碎過于從破碎前的物體表面產(chǎn)生新的表面，進(jìn)而使得物體發(fā)有小部分能量被用于產(chǎn)生新的表面，其余能量耗散到了lvaradoS 等的研究表明，在球磨機(jī)的研磨過程中，僅僅料的斷裂與破碎，大部分能量耗散為熱量和電氣損失， 1.3 所示[9]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高速鐵路碎石道砟振動的離散元模擬[J]. 趙春發(fā),張徐,翟婉明.  計(jì)算力學(xué)學(xué)報(bào). 2015(05)
[2]基于顆粒真實(shí)幾何形狀的鐵路道砟剪切過程三維離散元分析[J]. 邊學(xué)成,李偉,李公羽,Erol Tutumluer.  工程力學(xué). 2015(05)
[3]鐵路碎石道砟靜態(tài)壓碎行為數(shù)值模擬[J]. 張徐,趙春發(fā),翟婉明.  西南交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(01)
[4]巖石顆粒破碎的尺寸效應(yīng)[J]. 徐永福,王益棟,奚悅,褚飛飛.  工程地質(zhì)學(xué)報(bào). 2014(06)
[5]顆粒滾動摩擦系數(shù)對堆積特性的影響[J]. 韓燕龍,賈富國,唐玉榮,劉揚(yáng),張強(qiáng).  物理學(xué)報(bào). 2014(17)
[6]顆粒滾動-滑動轉(zhuǎn)換機(jī)制及摩擦系數(shù)的試驗(yàn)研究[J]. 孫珊珊,蘇勇,季順迎.  巖土力學(xué). 2009(S1)
[7]粉末材料堆積的物理模型與仿真系統(tǒng)[J]. 鐘文鎮(zhèn),何克晶,周照耀,夏偉,李元元.  物理學(xué)報(bào). 2009(S1)
[8]汽車玻璃的靜力學(xué)特性和沖擊破壞現(xiàn)象[J]. 臧孟炎,雷周,尾田十八.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2009(02)

碩士論文
[1]準(zhǔn)脆性顆粒材料的受壓漸進(jìn)破碎機(jī)制研究[D]. 池昌江.清華大學(xué) 2015



本文編號：3118071