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单颗粒脆性材料冲击破碎三维数值模拟

作　者: 康杰
导　师: 杨云川
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 工程力学
关键词: 冲击破碎数值模拟单颗粒脆性材料
分类号: O347.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

冲击破碎研究不仅是粉体技术等行业共同关注的问题,也是固体物理学的主要课题之一。人们除了应用弹塑性力学、断裂力学、损伤力学、应力波理论等建立了一些力学模型进行动力学分析,并解释了一些破碎现象之外,还应用光弹实验、高速摄影和数值模拟再现单颗粒冲击破碎过程,为人们直观感受应力波的传播、裂纹的生成和扩展。由于单颗粒脆性材料冲击破碎机理的重要性,本文从冲击破碎的基本理论出发,应用ANSYS/LS-DYNA软件对玻璃球和滑石块的冲击破碎进行数值模拟。文中第一章是对冲击破碎理论的研究状况进行了概述;第二章介绍了单颗粒材料的冲击破碎理论,这些理论的应用对于数值模拟的分析起着关键的作用;第三章简单叙述了ANSYS/LS-DYNA基本理论和CAE分析过程;第四章和第五章分别进行了玻璃球和滑石块的冲击破碎三维数值模拟。通过LS-DYNA三维数值模拟分析,再现了冲击破碎过程中应力波在模拟对象中的传播,以及作用过程。应用应力波理论合理解释了数值模拟中的层裂、张开型裂纹等现象的产生,并与课题组完成的二维MCA数值模拟结果对比明显优于二维MCA数值模拟,得出合乎实际的仿真结果。对深入研究单颗粒材料冲击破碎机理有一定的指导意义。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 超细体技术概述  11-12
  1.3 冲击破碎理论研究状况  12-16
    1.3.1 脆性材料冲击动力学以及破坏波  13-14
    1.3.2 裂纹与断裂理论  14-15
    1.3.3 应力波理论的应用和发展  15-16
  1.4 数值模拟在破碎机理研究中的应用  16-17
  1.5 课题研究内容  17-19
第2章单颗粒材料冲击破碎基本理论  19-31
  2.1 颗粒破碎的能耗理论  20
  2.2 冲击破碎与应力波理论  20-24
    2.2.1 应力波理论概述  20-21
    2.2.2 应力波的传播与层裂、心裂  21-22
    2.2.3 应力波的传播与能量吸收  22-24
  2.3 脆性损伤模型与强度理论  24-28
    2.3.1 脆性损伤模型  24-25
    2.3.2 四个基本强度理论  25-28
  2.4 裂纹成核与扩展  28-30
  2.5 本章小结  30-31
第3章基于LS-DYNA 的冲击破碎分析过程研究  31-40
  3.1 LS-DYNA 软件在工程中的应用  31
  3.2 ANSYS/LS-DYNA 基本算法  31-34
    3.2.1 ANSYS/LS-DYNA 基本条件  31-33
    3.2.2 ANSYS/LS-DYAN 基本算法  33-34
  3.3 ANSYS/LS-DYNA 接触类型和接触算法  34-38
    3.3.1 常用基本概念  34-36
    3.3.2 基本接触算法  36
    3.3.3 ANSYSY/LS-DYNA 的接触类型  36-37
    3.3.4 ANSYS/LS-DYNA 数值算法  37-38
  3.4 LS-DYNA 后处理功能分析研究  38-39
    3.4.1 LS-DYNA 后处理功能分析  38
    3.4.2 基于ANSYS/LS-DYNA 软件的冲击破碎分析流程  38-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章玻璃球冲击破碎三维数值模拟  40-57
  4.1 引言  40
  4.2 ANSYS/LS-DYNA 三维冲击破碎模型  40-42
  4.3 材料模型及参数选取  42-45
  4.4 模拟结果显式分析  45-56
    4.4.1 落锤冲击模拟结果分析  46-51
    4.4.2 玻璃球冲击靶板结果分析  51-56
  4.5 本章小结  56-57
第5章滑石块冲击破碎三维数值模拟  57-63
  5.1 滑石块落锤冲击ANSYS/LS-DYNA 三维简化模型  57
  5.2 模拟结果及分析  57-61
  5.3 本章小结  61-63
结论  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  68-69
致谢  69-70

单颗粒脆性材料冲击破碎三维数值模拟

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