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双瓣抓斗三维建模及其有限元分析外文翻译资料

 2022-11-04 04:11  

英语原文共 21 页,剩余内容已隐藏,支付完成后下载完整资料


4.5粒子刚度

在岩土工程中经常使用受限的单轴应力负荷(渗压测试)测量土壤固结[63]。重复使用加载和卸载循环和正常负载并得出正常位移记录和正常应力和应变计算。

4.5.1实验方法

剪切箱填充材料,床仔细调平测量初始高度。然后将盖子放置在床的顶部,连杆上的载荷以10kg的增量增加,直至达到最大40公斤,达到最大值床上应力约66千帕。然后再次降低负载以10公斤为单位。其中三个装载-卸载循环每次测试完典型的应力-应变曲线如图1所示。在第一个周期由于颗粒间的移动,观察到相对较大的应变。在第二和第三加载循环期间,正常应力显示与正常应变几乎线性关系。限制通过计算平均值来定义并获得体积刚度第二和第三加载循环的梯度。整个测试重复三次,以确保重复性和体积刚度范围在8.39MN/m2和9.10MN/m2之间,平均值为8.69MN/m2。

4.5.2DEM方法

在这个阶段的校准过程中,只有颗粒-颗粒的摩擦力系数和粒子刚度尚未校准。Coetzee和Els[11-12]显示,限制压缩测试是对颗粒-颗粒摩擦不敏感,并且存在线性关系在约束体积刚度和颗粒刚度之间。因此,粒子-粒子摩擦系数保持不变在mu;p=0.9时,使用密封压缩试验进行建模颗粒刚度值在0.5MN/m到3.0MN/m之间。密度校准已经在具有相同尺寸的作为剪切箱的容器中进行。因此,个别DEM型号在最后的密度校准可用于执行刚度校准只需向模型添加一个盖子。

图6显示了来自DEM模型的典型应力-应变曲线。四次使用加载循环来确定约束体积刚度。只是像在实验中,在初始加载期间观察到大的应变。测量每个后续加载循环的斜率发现没有显着性差异。最终的价值体积刚度作为最后三个加载循环的平均值。结果如图1所示。7和表1(刚度校准)对于每个团块类型。可以看出,发现了线性关系在体积刚度和粒子刚度之间,类似于[29,64]。线性关系和平均测量体积刚度8.69MN/m2通过插值用于找到校准粒子的刚度。这得出了1.08MN/m的颗粒刚度手动胶囊,2组为1.08MN/m,4-8个团块为1.02MN/m。这些值用于随后校准颗粒-颗粒摩擦系数对于每个团块(表1,摩擦校准)。没有确定不同粒子类型和数值的数据趋势都是在9%以内。唯一的例外是刚度球体为0.75MN/m(比团块低约30%)。这可归因于所需的球形颗粒数以填充卷与块的数量相比较。因为颗粒体积误差,大约需要比团块颗粒多20%以上的球形颗粒。粒度对体积刚度的影响被Thakur等人研究[65]。他们进行了限制数字压缩试验得出结论,增加了颗粒尺寸(减少颗粒数),而不缩放颗粒刚度产生较软的体积响应。

应该指出的是,在一些条件下,可以减少颗粒刚度没有显着影响结果。临界时间步长与刚度的平方根成反比,刚度降低,计算时间可以减少。Chung和Ooi[66]显示,通过减少粒子来自主题价值的因子100的刚度没有显着性影响棒的穿透力进入粒状材料。另外,徐etal。[67]表明,通过将刚度降低1000倍,没有对来自筒仓的材料排放速率或流动模式有重大影响。他们得出结论,颗粒刚度没有显着性影响重力驱动流动下的材料行为。另一方面,Mak等人[31]显示了一个工具上的草案随颗粒刚度的增加而增加。详细的研究是由Lommen等人完成[29]关于减少颗粒刚度的影响批量响应。他们表明颗粒刚度有显着性对体积刚度和体积恢复系数的影响,也是对休止角和a的穿透力有影响楔形工具。他们得出结论,平均粒子重叠应小于粒子半径的0.3%,用户应该是谨慎地减少颗粒刚度。在这项研究中,减少的颗粒刚度没有实现减少计算时间并且在任何剪切测试或验证模型中平均颗粒重叠从来不超过0.4%。

4.6粒子摩擦系数:剪切试验

校准过程的下一步和最后一步是确定颗粒-微粒摩擦系数mu;p。重要的是要注意,一般来说,材料性质是应力依赖性的[55]。因此,所使用的正常应力应在材料在应用中承受到的范围。在这种情况下锚拉拔试验和料斗排放用于验证并且必须为这些应用校准参数。

4.6.1实验方法

图8显示了来自该应变的典型应变软化应力-应变曲线。试验使用10.5kPa,24.0kPa,38.3kPa,52.4kPa的正常载荷。Ngo等人[57]测量得到类似的回应使用了与这里的颗粒大致相同的压载颗粒。图9示出了剪切应力相对于正应力绘制的曲线。使用剪切应力两个值,即最大值和剩余值。最大剪切应力简单地取为最大测量应力,而残余应力为剪切应力的平均值在8%和12%之间剪切应变。线性关系为假设和线的斜率定义为内摩擦角度。进行了三次测试,每次测试最多并计算剩余值。取最大和所有测量的最小值,内摩擦角之间有所不同50.1°和56.3°,平均phi;=52.8°。图10示出了作为该函数的正常(垂直)位移分别为四个正常载荷的剪切位移。在此期间首先10mm到15mm的剪切位移,材料收缩如正常位移的负斜率所示。在这之后,材料经历了扩张和线的斜率定义为扩张角。显然,正常增加应力,材料被压缩得更多,但是最终的斜坡是膨胀的曲线没有明显变化。斜率由在45毫米和70毫米位移之间的数据线上并且在11.2°和13.5°之间,平均psi;=12.5°。

4.6.2DEM方法

[11,29,38]显示剪切试验结果(内部摩擦角)受DEM模拟影响颗粒-颗粒摩擦和颗粒刚度(用于低刚度值)。因此,首先要校准颗粒刚度很重要之前剪切试验发生了变形。粒子摩擦系数的mu;p=0.1,0.3,0.5,0.7,0.9和1.1和新材料样品被生成。在每种情况下,再次校准颗粒密度如前所述(表1)和前面校准的颗粒刚度截面被使用。应用四个正常负载,这导致应力-应变曲线类似于实验结果,再次,最大和残余剪切应力(在8%和12%应变之间)确定并相对于正常应力绘制以确定内摩擦角,9。每个试验的平均内摩擦角绘制在图1中。11as颗粒-颗粒摩擦系数和团块的函数类型。很明显,颗粒-颗粒之间的摩擦关系系数和材料内摩擦角不是线性的,而且它接近渐近的值。西蒙斯也发现了类似的趋势etal[38]。使用摩擦系数为0.1,0.3和0.5的结果按同样的顺序使用手动胶囊,2组,4组和8组虽然内摩擦角略有增加,但差别不大。使用更高的摩擦系数(0.7到1.1)在群体类型和同一般人之间有较大的差异趋势是可见的,除了摩擦系数为0.7,其中8-团块显示的内摩擦角低于4团。没有滚动阻力,球体不能内部再现摩擦角高于25°。与实验相比较结果,颗粒-颗粒摩擦系数在0.7和0.8之间对于所有团块,除了一般的团块,只有0.8,将导致可以接受内部摩擦角,如图1中阴影区域所示。11。对于手动块,颗粒摩擦系数应在1.0和1.1两者之间。在剪切过程中,DEM模型显示出相同的大趋势收缩后随着实验扩张如图1所示。然而,收缩持续时间越来越短的原因还不得而知。更重要的影响是颗粒-颗粒摩擦系数对膨胀角的影响如图1所示。计算每个的膨胀角四个正常负载。与实验结果相似,正常负载没有显着影响,四个值的平均值用于进一步分析。尽管使用不同的团块类型没有观察到趋势球体仅显示收缩而不扩张,因此结果不显示。与实验结果相比,0.6和0.7之间的颗粒摩擦系数将导致一个所有团块类型的可接受角度,如阴影区域。12。

4.7颗粒摩擦系数:休止角

我们提出剪切试验作为校准颗粒-颗粒摩擦系数;然而,有几个作者[64,68]利用休止的角度。所以休息的角度是也用实验和数字来看哪个方法在这种情况下更准确。

4.7.1实验方法

通过填充无底锥体来测量休止角。容器的直径较小为260mm的较大为290mm,高度为370mm。的然后将容器垂直缓慢地提起以允许材料离开在底部和形成静态桩。测量桩的角度在八个不同的位置,实验重复四次。的休止角范围在33.6°和38.5°之间,平均值为36.6°。

4.7.2DEM方法

对于用于校准粒子的每个参数集摩擦(表1),包括摩擦的模型的回形角系数mu;p=0.2。实验设置也紧随其后并且在8个不同位置测量的休止角,在桩周围颗粒数的影响首先通过分别使用1500和3000粒子来研究休止角。结果显示无显着性差异在所有进一步的模型中,使用了1500个颗粒。结果总结在表1中,如图1所示。颗粒-颗粒摩擦系数在0.1和0.3之间增加所有群组类型的休眠角都有所增加摩擦系数进一步增加,休止角仍然保持基本没有变化,在实验结果的范围内,除了休止角稍微保持的2组外降低。当与剪切箱结果(图11)相比时,很明显休止角达到较低粒子的渐近值摩擦系数。如果使用休止角进行校准,摩擦系数的任意值在0.3—1.1之间团块,4团和8团将导致可接受的休止角的值。使用2团,就会产生摩擦系数大致在0.8和1.0之间。安静角度与直接角度之间的差异剪切结果显着。虽然都显示相同的一般渐近趋势,实际值是重要的。如果有人单独使用安静角来校准颗粒摩擦,现在有一个值可以用于摩擦系数0.3和1.0之间的任何值都可以被认为适合手动胶囊。

4.8概要

每组的最终校准参数值和结果集团块类型显示在表2中。最重要的参数包括颗粒刚度和颗-颗粒摩擦系数由剪切箱结果确定。结果从角度来看还会显示休止,但这并不用于确定参数价值。

5锚定拉出

锚定拉出试验用于验证校准参数价值。一个锚定在材料上,然后慢慢拉在测量阻力的同时离开床。

5.1实验装置

实验装置如图1的插图所示。14.系统由一个垃圾箱组成,其中锚定件垂直放置。轴锚固体由50mmtimes;50mm长度为1000毫米方形管构成。尺寸为的钢板将110mmtimes;110mmtimes;5mm焊接到一端和测力传感器(HBNS9,50kN)连接到另一端。锚被嵌入在320mm的深度并以恒定的方式从床上拉出垂直速度为153mm/s。

5.2DEM模型

实验装置的几何准确建模。颗粒在箱中产生并允许沉降在重力下,然后平整到指定的床高。虽然参数进行校准,仍进行了该模型对颗粒-颗粒摩擦的敏感性系数研究。

5.3结果

图14显示了实验结果和手动胶粒和颗粒-颗粒摩擦系数为1.1(校准),分别为0.5和0.1曲线全部显示相同的一般趋势:一个初始阶段,其中力向a快速增加高峰期,随着锚移动,它下降到零垂直。DEM预测的峰值强度低于实验值峰值力。对于高达200mm的位移,有一个很清楚随着粒子的减少,阻力摩擦系数减小。当位移超过200mm时,没有由于相对较低的力量,出现显着差异。图6图15,16和17显示了2个团块,4个团块的结果和8组。可以观察到同样的大趋势:随着颗粒摩擦系数减小,力减小。虽然在所有情况下,预测的峰值力太低,校准颗粒摩擦系数(2组为0.9,4组为8,团块)是最准确的。图。18比较了使用不同团队类型的结果。每个分别校准参数值的结果也显示了使用球体(以及表2中给出的性质)很明显,球体未能预测锚力,其峰值力约为主题值的50%。2组显示更好结果与测得的力相比,峰值力为462N662N.来自4组的结果几乎没有差别和8组,尽管8组的峰值力为693N而4组显示值为589N.

6料斗放料

校准过程应该独立于应用和一次模型参数被校准,任何应用使用具体的材料应该准确地建模。除了锚拉出验证,还从料斗中排出物料目的是进一步验证校准过程。

6.1实验装置

实验斗具有两个水平的矩形出口跨越整个宽度的陷阱。陷阱可以拉开以控制出口尺寸,料斗是填充约132公斤材料并悬浮1米使用称重传感器(HBMS9,50kN)在地面以上。两个出口尺寸通过手动拉动0.25m和0.15m的陷阱来考虑。料斗内部材料的重量测量为a时间函数。

6.2DEM模型

实验中使用的设置的几何形状用于构建一个准确的DEM模型。材料是在描述的卷中创建的通过料斗并在重力的作用下使其沉降直到达到静态平衡状态。为此目的本地施加阻尼alpha;=0.7(此时阻尼被关闭卸货)。然后打开陷门,允许材料从料斗中流出的物料在料斗内部被记录。虽然这样做的主要目的是验证校准每个团块类型的参数集,灵敏度对各种参数的模型进行了调查,以表明重要性的校准过程。

6.3结果

首先进行灵敏度分析以确定模型对于颗粒壁摩擦系数,颗粒刚度和接触粘性阻尼的灵敏度。这是用打开250mm料斗和2团完成的。所有参数未调查保持恒定并假设如表2中给出的校准值。结果示于图1中。19连同实验结果。颗粒壁摩擦系数从校准值为0.62—1.0,对结果没有影响。然后将颗粒刚度降低10倍到0.1MN/m,增加10倍,为10MN/m这对结果也没有显着影响。接触粘稠阻尼比在0.4和1.0之间变化,这也对结果没有显着性的影响。这些结果与Yan[69]等人研究结果相当,他发现一个西罗的排放率不是很受颗粒刚度或恢复系数的影响(接触阻尼)。请注意,这里仅监测其中的流量和参数价值可能对其他方面(如粒子间)有重大影响的力和施加在漏斗壁上的压力。Paulick等人[64],已经表明颗粒刚度对流量没有显着性的影响,但对接触力有很大的影响。灵敏度分析的结果表明,料斗排放仅受颗粒-颗粒摩擦系数显着影响。手动组合物的结果如图所示图。其使用粒子-摩擦系数为5.0,1.1(校准),0.5和0.1。这个趋势是明显的,减少了颗粒-颗粒摩擦系数质量流量增加(在任何给定时间内,料斗内剩余的材料少)实验结果表明,颗粒-颗粒摩擦系数的1.1和5.0显示出良好的一致性,并结合实验结果。使用摩擦系数为0.5和0.1也导致流量高。

图21显示了使用粒子粒子的2个团块的结果摩擦系数分别为5.0,0.9(校

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