PFC3D颗粒流模拟纳米黏土改良黄土三轴试验

基于PFC3D软件研究不同纳米材料、掺量、围压、干密度对改良黄土力学性能的影响,确定改良黄土宏细观之间的参数关系,通过建立改良黄土数值模型、三轴试验,获得了改良黄土的应力–应变曲线。将数值模拟的结果与室内试验的结果相比较,通过数值模拟和室内三轴试验,得出的改良黄土抗剪强度指标基本吻合。试验结果表明:(1)围压一定时,改良黄土试样偏应力随纳米黏土掺量的增加而增大;改良黄土的应力与应变正相关,不同围压时,表现为软化型和强硬化型;(2)当凹凸棒土掺量小于2%时,数值模拟得到的抗剪强度总体小于室内试验得到的抗剪强度,材料大于2%时则相反;(3)纳米蒙脱土改良黄土数值试样材料掺量小于等于4%时,数值模拟得到的抗剪强度大于室内试验的抗剪强度,大于4%则相反。

基于PFC3D的露天矿边坡爆破过程模拟及稳定性研究

为研究爆破在露天矿边坡内发展的过程,基于能量守恒理论,假设爆破释放的化学能全部由爆点周边一定范围内的岩体承受,并部分转化为动能,进而能量在碎裂的岩块中传递、吸收,最终达到平衡,爆炸过程结束.论文使用基于颗粒流理论的PFC3D模拟了在露天矿边坡内,不同高度、埋深和装药量的单孔爆破过程,并对爆破后边坡稳定性做了探讨.研究表明:爆炸过程可以分为3个阶段,第1阶段爆炸冲击起主导作用,有速度矢量回荡出现;第2阶段是重力占优势的上覆岩层塌落过程;第3阶段最后颗粒下滑、局部调整至平衡.在经历时间上,前一个阶段与后一个阶段相差一个数量级.总体上说,各种爆破后上层砂岩是稳定的,即坡顶是稳定的.下层砂岩和砂质泥岩会受到一定程度的破坏,但在可控范围内的.

基于PFC3D黏性与无黏崩滑土体运动过程对比分析

大多数岩土体崩滑后形成由粗颗粒和黏性填隙介质组成的黏性崩滑体。为分析黏性填隙介质对运动过程的影响,利用MCR301,测定容重为1.360 g/cm3成都黏土法向黏连力和切向剪切抗力。利用PFC3D构建崩滑土体运动数值模型,并将崩滑土体试样划分为5个部位,用设定颗粒代表崩滑土体不同部位。通过对比分析颗粒间切向、法向黏连强度为200 Pa和无黏情况下,不同部位颗粒位置、速度随时步演化过程,分析结果表明:黏连强度改变崩滑土体启动运动模式,在200 Pa为推移式启动模式,无黏情况下为溜滑启动模式;黏性条件下颗粒峰值速度较无黏条件下小,而碰撞频率较无黏条件下高,速度波动幅度大。

PFC3D数值试验及其应用

文章对PFC3D进行了简要介绍,并对PFC3D三轴压缩数值试验和巴西劈裂法数值试验方法进行了详细介绍,通过数值试验得到PFC3D中宏观和微观参数的关系。实践表明,通过此法得到的微观参数与所反应的宏观参数是相符合的。

基于PFC3D的粗粒土三轴试验细观参数敏感性分析

以PFC3D为工具,以室内三轴固结排水试验作为基础,以加权平均数颗粒生成法建模.选择孔隙度、配位数、kn/ks、颗粒粒径分布、剪切速率和摩擦系数等细观参数作为研究内容,以应力应变强度曲线为力学分析方法,以颗粒转动速度场为变形分析手段,将各细观参数对粗粒强度的敏感性进行排序,对粗粒土剪切破坏的影响程度进行总结分析.研究表明,各细观参数对粗粒土强度及变形都有一定的影响,其中kn/ks对粗粒土强度及变形影响最大,孔隙度和配位数的影响最小.

基于PFC3D的煤堆自燃过程模拟与实现

为了解煤堆自燃过程中的温度场变化、能量迁移和氧气流动情况,基于煤堆的颗粒特性以PFC3D为模拟平台,借助其热力耦合模型,模拟了煤堆的自燃氧化过程,及该过程中的温度场变化和能量迁移;使用极小颗粒模拟氧气的流动及其与煤的反应,并通过FISH实现该过程。结果表明:随模拟时间延长,温度场高温区向煤堆坡面边界水平移动;能量迁移主要发生在靠近低温区的区域,且不同温区交界处迁移最多;高温区移动是由于氧化需氧量的变化、造成对氧的"抽吸"作用而产生的;煤堆内氧颗粒的流动可分为稳定区、杂乱区、微弱区,随着"抽吸"作用的增加,稳定区减小,杂乱区增加,微弱区增加。模拟计算至70 d,煤堆出现大范围高温区域并产生自燃,此时最高温度为362.1 K。

基于下落法的PFC3D岩土模型构建及应用

使用PFC3D按照其用户手册上的步骤构建模型时,存在半径放大系数(mul)确定困难、构造的不同属性颗粒体的边界连接程度难以保证等问题。由此,提出了基于"下落法(Particles Fall Method,PFM)"的PFC3D岩土模型的构造方法。该方法根据颗粒岩体的自然形成过程,在规定区域内使颗粒自然下落堆积、压实和充分接触,然后通过删除规定形状外的颗粒进行构型,计算至平衡得到初始地应力场。与经典步骤相比该方法不用计算mul,不用建立边坡墙和土层间的分界墙,不用消除悬浮颗粒;但增加了颗粒下落计算和构型过程。提供了整体下落法(Overall Particles Fall Method,OPFM)和分层下落法(Hierarchical Particles Fall Method,HPFM)两种方式。通过实际工程分析,总体上模型的精确度和构造便捷程度优于经典方法,一次模型构建的成功率较高。

基于PFC3D的岩体中不整合面构建方法研究

为了对地下岩土体进行精确建模,考虑到岩层之间的不整合面对模拟的影响,提出使用基于颗粒流理论的PFC3D模拟岩体中不同岩层接触情况的方法,包括:整合、平行不整合、角度不整合的接触情况。模型构造步骤包括:定义岩体坐标系,确定接触面走向的关键坐标点,使用MATLAB拟合这些走向曲线并得到曲线参数,使用下落法构造岩层,使用FISH根据走向曲线参数形成接触面。构建后的模型满足上述要求,证明了与实际岩体力学性能是接近的。该方法可为考虑岩层接触面的建模提供一种有效途径。

基于PFC3D的研磨片研磨过程离散元仿真

针对研磨片研磨过程中工件表面粗糙峰去除和研磨片磨粒涂覆层磨粒脱落的问题,将离散元技术应用到研磨片研磨过程微观表面变化研究中。以PFC3D软件为平台,对研磨片的研磨过程进行了建模与仿真,将模型简化为理想梯形凸起的粗糙峰层和磨粒-结合剂混合层的相互接触摩擦过程,通过双轴试验表征了模型微观参数,开展了单元接触点不平衡力的变化规律、单元脱落过程、磨粒涂覆层中结合剂结合强度以及砂结比对研磨过程的影响分析。研究结果表明,接触点处的不平衡力呈现散射样式逐步减弱,不平衡力峰值为5.9×103N;磨粒平行粘结强度为723 Pa,砂结比为1∶6时研磨效果最好,粗糙峰可以有效去除,表层钝化磨粒可以有效脱落。

基于PFC3D的茶叶杀青过程数值模拟和设备参数分析

为提高茶叶杀青质量,以用于名茶加工的滚筒杀青机为例,基于离散元分析技术的PFC3D法,对杀青过程的各相关参数进行数值模拟,如滚筒转速、导叶板数量、布局、倾角及结构,滚筒倾角与壁温等对杀青效果的影响,并进行了优化设计和试验验证。结果表明:滚筒杀青时,存在最佳转速;滚筒前段布置较多的导叶板,有利于杀青叶温度的迅速提高;适当增加导叶板倾角和采用"L"型导叶板,将提高茶叶在筒壁上的散度,有利于杀青叶温度的均匀;在保证杀青质量前提下,滚筒平均壁温和倾角呈双指数函数关系;杀青效率和滚筒倾角呈二次函数关系。研究还表明,所采用的研究方法同样适用于滚筒式设备干燥颗粒状农产品的技术研究。

基于PFC3D的山地造型方法

为了研究山区发生地震、滑坡、泥石流、崩塌等自然灾害后岩体破坏程度及灾害影响范围,使用模拟手段进行分析.使用PFC3D中的三角形面构建了水平尺寸100 m×100 m的山地表面,使用MATLAB处理了一些构造过程中的问题.模拟表明,该方法构造了型如MATLAB中peak的形状,形成山峰表面形状的效率较高.该方法可为使用PFC3D进行复杂山地模拟而进行山地造型的问题提供一种可行的,工作量相对较小的方法.

基于PFC3D的沥青混合料摊铺均匀度分析

沥青混合料的摊铺均匀度很大程度上影响沥青路面的使用性能。为准确分析摊铺沥青混合料的均匀性,文中基于广那(广南县—那洒镇)高速公路项目,利用三维颗粒流程序PFC3D,引入颗粒与颗粒间、颗粒与墙体间的接触黏结关系建立沥青混合料颗粒及墙体模型,模拟不同位置、不同级配下沥青混合料摊铺情况,并利用MATLAB图像处理技术分析实际摊铺均匀度。结果表明,模拟沥青混合料摊铺均匀度与现场采集图像的均匀度基本相符,两者间的相关系数为0.93,模拟方法切实可行。

PFC3D软件在农业机械定性分析上的应用

介绍了PFC3D软件的优点、直接力学测量技术、三维建模技术以及真实模拟过程。综述了PFC3D在机械设计仿真方面的应用实例。

试论PFC3D在平煤器结构优化的应用

目前市场上所使用的平煤装置不能满足高速运煤列车的装车质量要求,需要对平煤装置进行结构优化。PFC3D离散元软件能够实现对各种刮板形状进行建模,并追踪煤颗粒在外力作用下的运动规律,得到预期的平煤效果。

基于PFC3D的无砂混凝土强度及损伤模式

为对无砂混凝土的强度及破坏损伤模式进行深入研究,借助离散元颗粒流软件PFC3D对无砂混凝土2种典型卵石骨料进行仿真建模,建立了7组孔隙率分别为0.26,0.28,0.30,0.32,0.34,0.36,0.38的无砂混凝土三维结构模型,模拟计算各组试块在单轴压缩试验下的受力及破坏情况。同时,对模型试块单轴试验中内部断裂发展情况进行监测统计。结果表明:随着模型孔隙率的增加,模型颗粒数、颗粒接触粘结数逐渐下降,抗压强度呈下降趋势;数值模拟曲线与多孔混凝土应力-应变曲线模型基本符合,与常规混凝土应力-应变曲线模型相比,在曲线上升阶段表现出更强的线性趋势,曲线下降段卸载迅速,体现出高脆性的特点;在模拟试验中,模型内部接触断裂多发生于模型边角及加载面处,在模型达到峰值强度后,断裂数急剧上升形成贯通的断裂面;根据峰值强度下断裂位置信息的统计分析定义了无砂混凝土“易破坏区”,该区域体积为试块总体积的47.6%,包含断裂数达到总断裂数的69%以上。研究结果可为无砂混凝土的力学及损伤机理研究提供参考。

考虑断裂韧度的PFC3D细观参数标定新方法

离散元法能更真实地表达材料的细观几何特点,且采用简单的接触本构方程,便于处理连续与非连续介质的变形与破坏问题,被广泛地应用于采矿、地质、土木、交通、水利、机械等工程领域。PFC3D是功能强大的离散元颗粒流分析软件,其细观参数的确定是需首要解决的问题,目前多数方法只考虑材料的宏观强度而很少考虑断裂参数,对阐述含天然裂隙的岩石破坏机理存在一定的局限性。为此,针对PFC3D平直节理模型,采用PB(Plackett-Burman)和中心组合设计(CCD)的方法,提出综合考虑强度参数和断裂参数(Ⅰ型和Ⅱ型断裂韧度)的PFC3D细观参数标定新方法,建立脆性岩石的PFC3D宏-细观参数关系式,并利用遗传算法求得PFC3D细观参数的优化解。模拟计算完整岩石试件单轴和三轴压缩应力-应变曲线和破坏模式、裂隙岩石在考虑和不考虑断裂韧度情形下单轴压缩断裂轨迹。研究结果表明:模拟的应力-应变曲线破坏模式、断裂轨迹与实验结果较吻合,且考虑断裂韧度的裂隙岩石试件断裂轨迹与实验结果吻合度更高,从而验证了基于考虑强度和断裂参数的岩石PFC3D细观参数标定新方法的合理性和有效性。该方法可推广至PFC3D的其他接触模型(接触黏结模型、平行黏结模型),可为PFC3D定量分析各种材料的多裂纹扩展过程及揭示其细观断裂机理提供参考。

基于PFC3D的平煤装置建模与平衡分析

为优化平煤装置的结构参数,采用PFC3D离散元软件对平煤装置进行仿真和分析。通过使用PFC3D离散元软件对装载煤粒车厢进行建模,并利用该软件中的HISTORY命令追踪分析模型的平衡状态,保证了平煤装置结构的优化能在一个平衡的离散元车厢模型中进行。

基于PFC3D的浅圆仓偏心卸料离散元研究

在筒仓试验的基础上建立浅圆仓的PFC3D离散元模型,比较了满仓状态下仓壁侧压力的模型计算值、试验值、规范计算值,模型拟合效果良好,证明了PFC3D能较准确的模拟仓壁侧压力,模型参数选择合理。从颗粒速度场、力场两个角度分析了高径比0.75的浅圆仓偏心率为0.3的偏心卸料过程,发现浅圆仓内贮料不同于深仓中的整体流动特征,呈现的是漏斗状的偏心卸料模式。偏心卸料过程中,仓壁会出现超压现象,超压系数最大值达到1.25。仓壁侧压力参数分析结果表明,仓壁同一位置超压系数随着卸料速度的增大而增大,随着偏心率的增大而增大。在小偏心和低卸料速度的前提下,浅圆仓仓壁设计可不考虑超压现象。结论可供工程设计和以后的研究参考。

基于PFC3D的镐形截齿截割煤层的离散元分析

截齿作为与煤岩直接作用的刀具,其截割性能优劣直接影响着采掘装备的工作效率,其受力形式较为复杂。采用离散元分析软件PFC3D模拟镐型截齿的破煤过程,旨在研究镐型截齿的受力形式,以及镐形截齿的受力大小与煤层截割厚度的关系,为后续采掘装备截割性能的研究提供依据。

基于PFC3D异型面平煤器刮板的编程及建模

煤运列车的平煤效果与平煤器刮板的形状直接相关,针对煤运列车平煤效果不佳的问题,以平煤器刮板形状为研究对象,应用三维离散元软件PFC3D的颗粒流程序,以及FISH编程语言,对抛物线型异型面刮板进行编程及几何建模,为后续平煤器刮板的结构优化及运动仿真提供模型基础。