基于黏结颗粒模型的特厚坚硬煤层综放开采数值模拟研究

基于榆神矿区特厚坚硬煤层超大采高综放开采技术条件,针对散体颗粒模型在埋深较浅的坚硬煤层综放开采模拟中顶煤冒放情况与实际不相符的问题,对比黏结颗粒模型与无黏结散体颗粒模型力学性质,讨论两种模型适用条件,得出黏结颗粒模型更适合坚硬煤层综放开采模拟。阐述了黏结颗粒模型的建模和模拟过程:岩层内部采用平行黏结颗粒模型以模拟层内整体块体力学特性,层间采用光滑节理模型以模拟结构面力学性质;通过Fish语言和伺服控制原理实现液压支架初撑阶段、增阻阶段和恒阻阶段不同工况的模拟;根据支架顶梁位态采用逆向运动学方法更新支架整体位姿;通过Fish语言实现尾梁的不同幅度摆动。数值模拟结果表明:覆岩可形成下位基本顶不稳定砌体梁结构和上位基本顶稳定砌体梁结构,顶板来压步距介于10~20 m;顶煤破碎度和冒放性具有双周期性(走向周期与周期来压步距一致,表现为来压期间顶煤破碎较充分、冒放性好,优于非来压期间;垂向周期与顶煤层位相关,表现为下位顶煤破碎充分、冒放性好,优于上位顶煤);工作面煤壁整体稳定性较好,来压期间会出现煤壁破坏现象;液压支架总体处于较高的工作阻力状态;不同块度的顶煤冒放过程中可能形成小块度瞬时动态松散拱结构、中等块度不稳定拱结构和大块度稳定拱结构,尾梁成拱可采用"小拱小摆、大拱大摆"对策高效破拱,掩护梁成拱则需移架才可破拱。超大采高综放开采实践表明数值模拟结果与现场情况一致,黏结颗粒模型能较好地模拟埋深较浅的坚硬煤层综放开采顶煤冒放特征和矿压显现规律。本研究可为坚硬煤层顶煤冒放性和顶板覆岩结构数值模拟研究提供力学模型选择依据,为模拟过程实现方法提供借鉴。

三维梁-颗粒模型与岩石材料细观力学行为模拟

建立了三维梁－颗粒模型， 用以模拟岩石材料的细观力学行为。在此模型中， 岩石材料被随机地离散成一系列的颗粒单元， 相邻颗粒单元的形心由弹脆性的梁单元连接， 以考虑材料的连续性。材料的无序性通过改变颗粒单元的尺寸、位置或梁单元的力学性质来实现。算例表明， 该模型能够较为真实地模拟出岩石材料性质对荷载－位移曲线的影响， 以及裂纹扩展过程中所伴随的损伤局部化现象。

混凝土随机颗粒模型的网格自动剖分方法

基于计算几何学原理，用一容易被广大工程技术人员接受的方法，实现了对混凝土随机颗粒模型三角形有限元网格的自动剖分；这个网格可以被各种数值方法所采用．同时自动形成Ｖｏｒｏｎｏｉ图的方法。

采用多元颗粒模型对圆柱形颗粒在移动床中流动的离散单元法直接数值模拟

为了研究活性焦颗粒在移动床内的流动特性,通过离散单元法直接数值模拟方法对活性焦即圆柱形颗粒在移动床内的流动进行了数值模拟。采用多元颗粒模型来描述圆柱形颗粒,即圆柱形颗粒通过几个叠加在一起的球元构成。建立了圆柱形颗粒的碰撞机制,分析了圆柱形颗粒在流动时的受力情况,并通过实验验证多元颗粒模型的可靠性。从宏观和微观2个方面,比较圆柱形颗粒2种构建方式(2球元和3球元)下的模拟结果。结果表明:2球元和3球元构建的圆柱形颗粒在动能、转动动能、变形量、碰撞力、碰撞次数等微观方面的差别较大。且通过比较颗粒位置图和下料率可以看出,3球元圆柱形颗粒的模拟结果与实际结果更加相符,因此,选择3球元作为圆柱形颗粒的构建方式。

基于颗粒模型的二维矩形模腔粉末微注射成型研究

以颗粒模型理论为基础对粉末微注射成型二维矩形模腔填充过程进行模拟和分析,证明此方法是可行的,发现了粉末微注射成型的流动主要呈现环状波形效应,波形中心颗粒存在较大的挤压接触力,流动前沿的颗粒则较好地保留在界面前沿,未发生大的侧向位移。

基于详细机理动力学的费-托合成单颗粒催化剂模拟Ⅰ.颗粒模型化与数值计算方法

基于详细机理动力学的研究成果 ,讨论了费 托合成单颗粒催化剂在液蜡填充情形下的详细模型化问题 ,建立了针对这一复杂多重反应体系的多组分扩散 反应的等温和非等温颗粒模型 .在此基础上 ,从催化剂设计灵活定位考虑 ,进一步建立了模型方程的有限元正交配置数值计算方法 .

三维梁-颗粒模型在岩石材料破坏模拟中的应用

用三维梁-颗粒模型BPM3D(beam-particlemodelinthreedimensions)对岩石类非均质脆性材料的力学性质和破坏过程进行了数值模拟。梁-颗粒模型是在离散单元法基础上,结合有限单元法中的网格模型提出的用于模拟岩石类材料损伤破坏过程的数值模型。在模型中,材料在细观层次上被离散为颗粒单元集合体,相邻颗粒单元由有限单元法中的弹脆性梁单元联结。梁单元的力学性质均按韦伯(Weibull)分布随机赋值,以模拟岩石类材料力学参数的空间变异性。材料内部裂纹通过断开梁单元来模拟。通过自动生成的非均质材料模型对岩石类材料的破坏机理进行研究。岩石类非均质脆性材料在单轴压缩状态下破坏过程细观数值模拟结果显示,岩石材料宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、贯通的结果。通过数值模拟结果之间的对比分析,揭示出岩石试样宏观破坏模式随细观层次上韦伯分布参数的变化而不同。与实际矿柱破坏形态的对比分析表明了模型的适用性。根据数值模拟结果对岩石类非均质材料的破坏机理进行了探讨。

修正颗粒模型求微乳液体系的结构参数

提出了一种修正颗粒模型,并以该模型为基础用稀释法求得了水/span-80+异戊醇/环己烷W/O型微乳液体系的结构参数,包括水内核半径Rw、颗粒有效半径Re、界面层厚度le、表面活性剂平均聚集数ns、颗粒总数Ne等;并求出了异戊醇从连续相(C)转移到界面层(i)的自由能变化ΔGc0→i.计算结果表明,微乳液颗粒有效半径随着水与有效表面活性剂的物质的量的比w的增加而线性增加.

宽筛分流化床气固两相流动结构离散颗粒模型

建立了适合描述宽筛分流化床气 固两相流动结构的离散颗粒模型。颗粒的运动满足牛顿第二定律 ,流体相的运动规律由局部平均的纳维 斯托克斯方程求解 ,两相间的耦合由牛顿第三定律决定。对宽筛分流化床中气泡的形成、颗粒的流化过程进行了数值模拟 ,结果与实验现象相符合 ;模拟结果还发现单颗粒的运动速度表现出不可预测特性 ,颗粒的总体速度不完全满足正态分布。

非规则外形内聚颗粒模型的构建及其破碎能分析

考虑矿石的非规则外形、内部不同组分及其之间的力学特性,基于离散元数值分析方法、离散元软件EDEM及其二次开发,构建一种多尺度非规则外形内聚颗粒模型;利用颗粒模型在剪切挤压破碎机中对矿石破碎过程的破碎能耗特性进行分析。结果表明,破碎能与剪切挤压破碎机的加载方式有密切关系,在内锥振动频率一定时,外锥的转速越快,破碎能越大;外锥转速一定时,内锥振动频率越高,破碎能越大;矿石破碎越多,破碎能越大;矿石破碎速度越大,破碎能增长越快;矿石破碎速度减少,破碎能随之减小。

多尺度内聚颗粒模型破碎过程研究

岩石破碎过程涉及到多个变量(应力、应变和孔隙率等)变化和裂纹的产生、拓展和聚集,是研究岩石破碎机制的重要途径。为了克服现有研究中岩石颗粒模型未考虑岩石内部特征问题,针对岩石内部颗粒非均匀分布、聚集的特点,开展了岩石轴压破碎试验和岩石岩相分析试验,并在此基础上,构建符合真实岩石内部特征的多尺度内聚颗粒模型。根据离散元的颗粒黏结模型(BPM)理论,求解了多尺度内聚颗粒模型不同粒级颗粒间黏结键的力学关系,发现与二级颗粒形成的黏结键断裂判据为σ2≥2 GPa,三级颗粒之间形成的黏结键断裂判据为σ3≥6 GPa,并基于该判据建立了用于模拟颗粒模型破碎的演化模型。通过模拟轴压破碎试验,破碎演化模型可以从细观角度得到颗粒模型各颗粒间黏结键承受力的实时变化和岩石破碎过程中黏结键从外而内的断裂顺序;从宏观角度得到岩石内部裂纹呈V形从上表面两端延伸并相交于岩石中部。通过与岩石轴压破碎试验结果对比发现,模拟试验得到的岩石裂纹特征与岩石轴压破碎试验结果相似,验证模型的可靠性,实现了从细观和宏观角度分析岩石破碎过程。

异形多级颗粒模型的数值模拟试验与破碎实验

针对3种形状的岩石样本进行3D扫描,得到岩石外形的云点数据,构建了异形岩石几何模型;结合高倍显微镜观测的岩石岩相,定义了岩石颗粒间的粘结模型和接触模型,建立了异形多级颗粒的力学模型;基于EDEM软件,在振动慢剪破碎试验机上进行数值模拟试验,并统计岩石破碎后的岩石产率。经与破碎实验结果对比分析后的结果表明:岩石粒度分别在<4、<8、≥8 mm时,数值模拟试验与破碎实验得到的岩石产率与外锥转速的关系曲线趋势基本一致;破碎机在外锥转速为45 r/min、内锥频率为40 Hz时岩石产率最大、破碎效果最佳;数值模拟试验与破碎实验的相关系数分别为0. 95、0. 97和0. 97,建立的异形多级颗粒模型能够较好地模拟岩石破碎机理。

基于颗粒模型的狭小型腔粉末微注射成形

对粉末喂料假设为圆形颗粒的粘性阻尼模型,在PFC2D离散元程序中进行编程,构建径向尺寸逐步变小的尖角狭小型腔,对狭小型腔的粉末微注射成形填充过程进行模拟和分析,发现狭小型腔的填充过程是以环状或者半环状波形界面进行的,其尖角部分形成近似的月牙形包裹。在尖角处由于纵向接触分力大于横向接触分力,导致颗粒填充困难。通过对粉末微注射成形钳头零件的刃口进行观察,发现存在类似欠注的缺口。扫描电镜证实刃口部位的颗粒致密度低于靠近浇口部位的中心区域,刃口部位粘结剂组分偏多。

基于颗粒模型的取样钳粉末注射成形

基于颗粒模型对粉末注射成形进行模拟,假设粉末为允许有重叠量的刚性体,黏结剂处理成颗粒间的黏性连接,在PFC3D离散元程序中编程模拟取样钳零件的三维粉末注射成形过程。研究结果表明:在型腔中心区域发生颗粒聚集,产生较大的中心压力,颗粒的填充速度矢量呈中心发散性,界面处颗粒密度明显小于中心区域。尖角部分由于较大的注射阻力难以填充,导致颗粒密度不均而使最终产品产生变形。对取样钳零件的实际注射实验表明确实存在粉末颗粒难以进入具有较大阻力的尖角部位而导致尖角区域存在较多黏结剂,型腔中心区域颗粒密集,而贴近型腔壁颗粒稀疏。这种粉末密度分布不均的现象与颗粒模型模拟的结论相符合。

厌氧颗粒模型的研究进展

颗粒污泥因具有良好的沉降性能及生物活性而广泛应用于厌氧生物处理中.构建颗粒污泥模型对于模拟反应器的运行性能、预测反应器的处理效果、优化反应器的设计及调控过程的运行具有重要作用.综述了厌氧颗粒的多层模型、互养的微生物模型、非层结构模型、颗粒群模型以及颗粒堆积模型等多种结构模型,为高效厌氧反应器的设计和优化提供依据.

含液颗粒材料液固耦合分析的离散颗粒模型及特征线SPH法

对含液颗粒材料流固耦合分析建议了一个基于离散颗粒模型与特征线SPH法的显式拉格朗日-欧拉无网格方案。在已有的用以模拟固体颗粒集合体的离散颗粒模型[1]基础上,将颗粒间间隙内的流体模型化为连续介质,对其提出并推导了基于特征线的SPH法。数值例题显示了所建议方案在模拟颗粒材料与间隙流相互作用的能力和性能以及间隙流体对颗粒结构承载能力及变形的影响。

烯烃聚合颗粒模型的研究进展

综述了烯烃聚合过程中各种颗粒模型的研究进展,并着重讨论了聚合物颗粒形态和聚合过程之间的相互关系。近期的烯烃聚合研究发现,负载型催化剂性质、聚合条件对聚合过程中负载型催化剂是否分裂及聚合物颗粒形态演变有着重要的影响。最新的烯烃聚合颗粒模型(如两相模型、张力模型和颗粒形态模型等)引入了能量或张力的概念,认为聚合速率、传质阻力等影响能量或张力的大小,进而决定负载型催化剂是否分裂及最终的聚合物颗粒形态。

基于改进颗粒模型的筒仓卸粮宏细观力学响应模拟研究

离散元模拟常作为研究筒仓卸粮的方法,但由于在模拟中所用颗粒模型多为单一ball单元模型,使得模拟卸粮的颗粒内摩擦远小于真实实验情况,从而导致模拟结果与实验结果误差较大。本研究在已有离散元程序基础上,添加了黏度系数较大的微型颗粒来模拟粉尘,建立了一种改进颗粒模型。基于合理的物理实验,从卸粮过程的宏细观力学响应角度深入探究了改进颗粒模型相对于传统ball单元模型的优势,结果表明,改进颗粒模型的仓壁侧压力曲线振荡幅度更大,与实验情况更吻合。改进颗粒模型的模拟数据曲线与物理实验数据曲线更接近,仓壁动态侧压力曲线标准差相比传统ball单元减小了77.3%。剪切力与位移曲线的标准差相比传统ball单元的标准差减小了12.5%,拟合效果更好。

基于球单元组合颗粒模型的筒仓卸粮速度场演化机理研究

由于现有的单一球单元模型不能客观反映颗粒之间以及颗粒与筒仓仓壁之间接触的实际情况,本文提出了一种组合颗粒模型。以室内卸粮物理试验为基础,基于该组合颗粒模型进行离散元模拟,研究了卸粮速度场的时空变化,并对比分析了仓壁动态压力变化。研究结果表明:(1)改进的组合颗粒模型相比传统的ball单元模型,卸粮时间大幅增加,且动态侧压力波动幅度增大;(2)组合颗粒模型相比原模型中心颗粒垂直速度更小,而仓壁处颗粒由于剪切带颗粒堆积,两模型的垂直速度并无明显差别;(3)颗粒的水平速度波动与仓壁的动态压力波动呈同种变化趋势,且组合模型颗粒水平速度变化幅度较原模型更大;(4)组合模型由于颗粒间空隙较小、摩擦较为充分,在中心卸粮过程中会周而复始地出现压力拱现象,因此其中心颗粒的转动角速度(较仓壁处)的增长幅度更大。本文建立的组合颗粒模型能更准确地模拟筒仓卸粮动态物理特征变化,可广泛应用于粮食散体细观力学模拟等领域。

破坏乙肝病毒中草药筛选方法的研究──乙肝病毒颗粒模型的建立

乙型肝炎是由乙型肝炎病毒引起的严重传染病。本文建立了乙肝病毒颗粒模型，并应用于中草药破坏乙肝病毒的筛选，证明标准品大黄（含生药ｌｇ／ｍｌ）抗乙肝病毒可达到１：１６０以上，且不受ｐＨ影响，证明该模型稳定、简便，可应用于大量破坏乙肝病毒中草药的筛选。