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球颗粒流动与土壤破碎动力学的数值与试验方法研究
| 论文题名： | 球颗粒流动与土壤破碎动力学的数值与试验方法研究 |
| 关键词： | 离散元法;可离散有限元法;堆芯球流;切土动力学;土壤破碎;接触力学;数值试验;推土铲 |
| 摘要： | 颗粒流动和松散固体的破碎是工程中常见的物理现象，对相关的数值方法的研究有重要价值。对前者的研究很多，但是将数值模拟与试验密切结合对模型进行定量化验证的研究较少，而后者的研究则是岩土工程中的前沿问题。作者对上述两个选题分别进行了半圆柱料仓内颗粒流和切土动力学两项研究。前者是颗粒离散元法的典型应用，后者是用可离散有限元法研究土体破裂破碎的初步探索。 在颗粒流方面，系统考察了球颗粒接触力学离散元模型的可应用性，完成了如下研究： (1).将数值计算与试验相结合，先后完成了颗粒摩擦系数测定、拟二维与三维球颗粒堆积试验和相应的离散元模拟，初步证明了基于圆球接触力学的离散元模型的可应用性。 (2).以球床式高温气冷核反应堆堆芯球流为背景，采用半圆柱形透明料仓进行了颗粒轨迹跟踪和双区球流的冷态非循环的模型试验与DEM模拟，比较分析表明模拟与试验结果吻合较好。进一步显示了所用离散元模型直观性好、准确度较高的优点。 (3).在上述实践基础上，提出了一套DEM模型数值计算与试验相结合的方法，即通过试验测定颗粒的某些必要模型参数，然后设定最简单的基本问题进行试验，通过DEM模拟比较验证所用模型和算法的可应用性，在此基础上对应用问题进行的离散元数值模拟才是可靠的。 在对推土铲等模型部件的切土过程进行试验和数值模拟方面，本文完成了如下研究： (4).利用自主研制的微型切土试验台和动态数据测量，采集系统完成了推土铲、三面楔与铧式犁的切土试验，对切土部件的水平阻力和侧向阻力进行了分析，所得数据结果为以后的数值模拟提供了可靠的试验数据。 (5).较全面地介绍了可离散有限元法(FE-DEM)的相关理论和算法，并首次利用ELFEN程序将该方法应用于推土铲切土过程的模拟研究。所得土的破裂破碎形态与试验大体符合，表明所用方法的可行性，对松散固体的破裂、破碎分析有重要意义。 论文的创新性表现在： (1)用试验与数值计算相结合的方法系统考察了国际流行的基于接触力学的球颗粒离散元模型，并证明其可应用性，提出了一套保证离散元计算可靠性的方法； (2)用半圆柱料仓颗粒轨迹跟踪和双区球流的试验与DEM模拟是对球床式高温气冷核反应堆球流研究的有益探索，为高温堆球流的进一步深入研究打下良好基础； (3)首次将可离散有限元法用于切土的探索，表明了该方法可实现单元破裂破碎，但仍需要深入研究方可进入应用阶段。 |
| 作者： | 李艳洁 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 徐泳 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中国农业大学 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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