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基于DEM的细长型金属管粉体颗粒夯实的模拟研究

作　者: 吕函珂
导　师: 林景栋
学　校: 重庆大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 离散元素法细长型金属管粉体颗粒夯实模拟
分类号: TJ450
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

粉体颗粒材料在工业上有广泛的应用，粉体颗粒材料具有流体与固体的双重特性，也具有许多区别于固体与流体的特殊性质，因此，粉体颗粒材料的物理性质复杂，被公认为物理学中新型复杂问题的典型代表系统，粉体颗粒材料的这种复杂性对于工业控制的应用带来了极大的挑战。本课题研究的细长型金属管内粉体颗粒的夯实是火工品装药的生产难点，在装药技术指标要求中，必须同时满足装药周期不能过长与药粉密实度较高、密度均匀性较一致的要求，即在装药密度、均匀性达到要求的前提下，尽量提高装药效率；而在装药过程中，对密度、均匀性影响最大也是耗时最长的工艺流程是夯实工艺流程，因此需要对夯实工艺流程进行模拟研究，并确定相应的夯实工艺参数，使夯实工艺既能提高药粉颗粒密度、保证一定的均匀性，又不能耗时过长。针对细长型金属管内粉体颗粒夯实过程复杂、夯实工艺参数难以确定的问题，本文提出了将离散元素法应用于细长型金属管内粉体颗粒夯实的模拟研究中，并根据细长型金属管内粉体颗粒夯实工艺的特征，选择颗粒流序PFC3D工具，确定了细长型金属管内粉体颗粒夯实模拟的具体方法及步骤；针对细长型金属管内粉体颗粒夯实工艺参数对夯实效果和夯实效率的影响，本文在完成细长型金属管内粉体颗粒夯实模拟的基础上，通过增加细长型金属管内粉体颗粒的夯实次数，模拟、分析了夯实次数对细长型金属管内粉体颗粒夯实后密度的影响；在最佳夯实次数确定的基础上，变化夯实高度，模拟、分析夯实高度的变化对细长型金属管内粉体颗粒密度均匀性的影响。最后，以重庆大学自动化学院开发的自动装药装置作为试验平台，对细长型金属管内粉体颗粒夯实的模拟研究进行试验验证，在固定金属管内粉体颗粒的前提下，试验不同夯实参数对夯实后金属管内粉体颗粒密度、均匀性的影响，试验结果表明：采用离散元素法能较好的模拟细长型金属管内粉体颗粒的夯实；在不同夯实参数下，细长型金属管内粉体颗粒夯实的模拟与试验结果一致。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-18
  1.1 粉体颗粒概述  8-12
  1.2 夯实作用的机理  12
  1.3 颗粒的数值模拟方法  12-14
    1.3.1 连续介质法  12-13
    1.3.2 离散元素法  13-14
  1.4 离散元素法的应用  14-15
  1.5 课题的主要研究内容  15-16
  1.6 论文内容安排  16-18
2 细长型金属管内粉体颗粒夯实工艺的分析  18-24
  2.1 细长型金属管内粉体颗粒夯实工艺的背景  18-19
  2.2 细长型金属管自动装药工艺的需求分析  19-20
    2.2.1 自动装药的技术指标  19
    2.2.2 自动装药工艺的需求分析  19-20
  2.3 自动装药工艺的总体方案  20
  2.4 夯实工艺的特征分析  20-22
  2.5 本章小结  22-24
3 颗粒离散元素法的基本原理  24-38
  3.1 离散元素法的物理模型  24-31
    3.1.1 力学模型  25-26
    3.1.2 基本方程  26-31
  3.2 颗粒的接触模型  31-36
    3.2.1 接触刚度模型  31-33
    3.2.2 Coulomb 滑动模型  33-34
    3.2.3 粘合模型  34-36
  3.3 离散元素法的迭代的时间步长  36-37
  3.4 本章小结  37-38
4 基于离散元的粉体颗粒夯实过程模拟研究  38-58
  4.1 颗粒流序 PFC3D 简介  38
  4.2 边界条件的生成  38-45
    4.2.1 wall 单元边界  39-40
    4.2.2 ball 单元边界  40-44
    4.2.3 模拟的初始边界  44-45
  4.3 颗粒集合的生成  45
  4.4 细长型金属管夯实过程的模拟  45-50
    4.4.1 颗粒集合的孔隙度  45-46
    4.4.2 初始平衡状态  46-48
    4.4.3 平衡循环  48-50
  4.5 变参数模拟细长型金属管的夯实效果  50-57
    4.5.1 夯实次数对细长型金属管内粉体颗粒密度的影响  51-53
    4.5.2 夯实高度对细长型金属管内粉体颗粒密度的影响  53-57
  4.6 本章小结  57-58
5 细长型金属管夯实试验验证和分析  58-70
  5.1 试验平台介绍  58-59
    5.1.1 自动装药装置的特点  58-59
    5.1.2 自动装药装置的相关参数  59
  5.2 夯实工艺模拟的试验验证与分析  59-68
    5.2.1 试验验证夯实次数对细长型金属管内粉体颗粒密度的影响  60-65
    5.2.2 试验验证夯实高度对细长型金属管内粉体颗粒密度的影响  65-68
  5.3 本章小结  68-70
6 总结与展望  70-72
  6.1 总结  70
  6.2 展望  70-72
致谢  72-74
参考文献  74-78
附录  78
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  78
  B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目目录  78
  C. 作者在攻读硕士学位期间获得的荣誉  78

基于DEM的细长型金属管粉体颗粒夯实的模拟研究

内容摘要

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