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振动筛分过程的DEM仿真研究

作　者: 张勇
导　师: 李东升
学　校: 东北大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 筛分 DEM 仿真实验
分类号: TD921.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

筛分作业是在冶金、煤炭、化工、医药等许多工业部门重要的生产环节之一,担负着分级、脱水、脱介等重要任务。目前,对筛分过程的研究正在广泛的开展,本文以筛分工艺参数对筛分效率的影响问题,将研究非连续介质力学性质的离散单元法引入到筛分过程的研究中,建立筛分过程研究的离散元模型,用EDEM实现了筛分过程的运动仿真,并对筛上物料的运动状态进行分析。首先,筛分效率是评价筛分效果的一个重要指标,影响筛分效率的因素有很多,本文选取了料层厚度、振幅、振动频率三个主要筛分工艺参数来分析对筛分效率的影响,将离散单元法引入到筛分过程的研究中,根据离散单元法的基本原理及Hertz接触理论,建立了物料颗粒与颗粒、颗粒与筛机边界的接触判断方法。以实验室中的多用途振动实验台与标准分样筛搭建的垂直振动筛作为EDEM仿真实验的研究实例。其次,通过EDEM的仿真实验,得到了筛分过程的筛分效率,以及物料在振动筛面上的运动状态,分析了物料的运动状态对筛分效率的影响。将由EDEM仿真实验中得到的筛分效率与其对应的筛分工艺参数通过Matlab BP神经网络建立并训练了网络模型,并借此对筛分工艺参数进行了优化。最后,设计了实际筛分实验,通过实验的结果计算出了筛分效率,将实际实验的筛分效率与仿真得到的筛分效率进行对比,验证了EDEM仿真中所得的筛分效率的准确性,并且通过实际实验证明了用BP神经网络建立并训练的筛分效率与筛分工艺参数间的网络模型的性能符合要求,进而证明了使用BP网络对筛分工艺参数的优化结果也是正确的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-15
  1.1 课题研究的背景和意义  11-12
  1.2 筛分技术的国内外发展现状及未来发展趋势  12-13
    1.2.1 筛分技术的国内外发展现状  12
    1.2.2 筛分技术的未来发展趋势  12-13
  1.3 课题的主要研究内容及方法  13-15
    1.3.1 研究筛分过程的方法及工具  13-14
    1.3.2 论文的主要研究内容  14-15
第2章离散单元法及筛分过程DEM建模  15-27
  2.1 离散单元法基本原理  15-16
  2.2 离散单元法计算过程  16-17
  2.3 碰撞基础理论  17-18
    2.3.1 碰撞的描述  17
    2.3.2 恢复系数  17-18
  2.4 离散单元法接触模型  18-20
  2.5 邻居元搜索  20-21
  2.6 接触判断  21-24
    2.6.1 颗粒与颗粒接触判断  21
    2.6.2 颗粒与边界的接触判断  21-24
  2.7 接触力计算  24-27
    2.7.1 弹性力计算  24-25
    2.7.2 阻尼力计算  25-27
第3章筛分过程的EDEM仿真实验研究  27-41
  3.1 颗粒力学仿真软件EDEM  27-29
  3.2 振动筛建模  29-31
    3.2.1 标准筛的建模  30
    3.2.2 振动实验台建模  30
    3.2.3 颗粒建模  30-31
  3.3 筛分过程EDEM仿真实验设计  31-41
    3.3.1 直线振动筛动力学分析  32-35
    3.3.2 振动系统固有频率的计算  35
    3.3.3 EDEM仿真前处理  35-39
    3.3.4 EDEM仿真求解  39
    3.3.5 EDEM仿真后处理  39-41
第4章数值仿真的参数优化及DEM数据分析  41-61
  4.1 筛分效率的计算  41-42
  4.2 参数优化方法分析  42-43
  4.3 BP神经网络  43-47
    4.3.1 BP网络的设计  43-44
    4.3.2 BP网络的创建  44-45
    4.3.3 BP网络的训练  45-47
  4.4 基于数值仿真的筛分工艺参数优化  47-48
    4.4.1 筛分工艺参数优化  47-48
    4.4.2 优化结果的分析  48
  4.5 双层筛面的筛分仿真实验  48-51
  4.6 物料在振动筛面上的运动  51-57
    4.6.1 单颗粒在筛面上的运动  51-52
    4.6.2 物料群运动  52-53
    4.6.3 粒群的振动分层  53-54
    4.6.4 物料分层现象的DEM分析  54-55
    4.6.5 物料在筛上透筛速度的DEM分析  55-56
    4.6.6 颗粒在料层不同位置中运动状态DEM分析  56-57
  4.7 振动筛面上的堵孔现象  57-61
第5章物料筛分的实验研究  61-67
  5.1 实验研究的设备  61-62
  5.2 物料筛分实验设计  62-67
    5.2.1 筛分实验验证EDEM仿真结果设计  64-65
    5.2.2 筛分实验验证BP网络性能与筛分参数优化的设计  65-67
第6章结论与展望  67-69
参考文献  69-73
致谢  73

振动筛分过程的DEM仿真研究

内容摘要

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