基于JKR模型的辣椒籽离散元参数标定

辣椒籽的物性参数是离散元仿真中重要的输入,为提高其数值模拟的可靠性与准确度,对辣椒籽的物性参数进行试验测量,主要包括三轴尺寸、密度、泊松比、摩擦系数、恢复系数等。结合EDEM中“Hertz-Mindlin with JKR”粘力模型,引入表面能参数,进行休止角试验。通过Plackett-Burman试验在各影响因子中筛选出最具显著性的3个影响参数(辣椒籽—籽滚动摩擦系数、辣椒籽表面能、辣椒籽—钢板滚动摩擦系数),建立3个显著影响参数与休止角的回归模型,研究显著因子在交互作用下对休止角的影响。将显著参数的区间按梯度平均分为5个水平进行爬坡试验得到最佳取值范围,运用响应面法(Box-Behnken)分析回归模型的二次多项式在休止角、相对误差和三个重要参数之间的方差,以相对误差最小值对模型进行优化,得到最优组合:辣椒籽间的滚动摩擦系数为0.75、JKR表面能为0.31 J/m^(2)、辣椒籽与钢板间滚动摩擦系数为0.60。用通过标定试验得到的最优参数组合进行模拟堆积试验,平均休止角为26.71°,相对误差为4.61%。

虚拟仪器JKR测能仪开发与测试

使用JKR接触理论对表面具有粘着效应的弹性材料(硅胶、水凝胶等)进行粘着性质的研究是材料科学中一个重要的研究方向。为此,需要开发JKR测能仪为该研究提供可靠的实验平台。基于JKR理论,采用虚拟仪器技术进行JKR测能仪软硬件系统的设计和开发,成功搭建了JKR实验平台,实现了JKR数据的采集,并对所得系统进行了测试和验证。测试结果表明,该仪器具有操作方便灵活、结构设计科学、运行精度高等优点。

基于JKR模型的粗糙圆柱表面线黏着接触分析

利用粗糙平面接触模型,假定表面单个微凸体的接触采用JKR黏着接触模型,同时考虑圆柱体表面的整体变形,建立了粗糙圆柱表面线黏着接触模型,推导出表面等效压力分布方程。把压力方程量纲一化,采用修正Newton-Raphson法对方程进行迭代求解,计算出粗糙圆柱表面存在表面力作用下的等效压力分布曲线。结果表明外载荷不小于零时,接触中心压力为正,微凸体被压缩;而接触边缘处压力为负,微凸体被拉伸,表明黏着区域主要分布在接触边缘。同时计算出接触半宽随外载荷的变化曲线,当外载荷为拉伸力并大于某一临界值时,表面分开。并且与经典的接触模型进行了对比,发现低载时模型之间的差别较大,而载荷比较大时趋于一致。

基于JKR-Cohesion模型的湿颗粒松散堆积体滑坡模拟分析

为深入研究湿颗粒松散堆积体滑坡的运动特征,提出采用JKR-Cohesion模型模拟湿颗粒堆积体的运动行为。基于离散单元法(DEM)建立了三维松散堆积体滑坡水槽模型,模拟堆积体整个运移过程,并将计算结果与干燥颗粒堆积体运动结果进行对比。计算结果表明:湿颗粒松散堆积体的运动受水的粘附力影响很大,相对于干燥颗粒,运动速度最大值更小,运动时间更短,且大部分颗粒堆积在坡面上;湿颗粒堆积体在运动过程中解体为小团体单独运动,而干燥颗粒运动连续性好,运动距离更远。提出的方法对于含水堆土的滑坡模拟有一定借鉴作用。

基于JKR模型的湿式滚抛磨块离散元参数标定

目的确定湿式滚抛磨块在接触过程中各相关物理性能参数的取值。方法基于EDEM离散元仿真模拟,选取系统中"Hertz-Mindlin with JKR"接触模型,以休止角为评价指标,对湿式滚抛磨块离散元模拟的最优参数组合进行标定。首先运用Plackett-Burman试验选取对湿式滚抛磨块有显著影响的3个参数项(湿式滚抛磨块间的滚动摩擦系数、碰撞恢复系数和JKR表面能),然后用最陡爬坡试验确定出显著性参数的最优区间,最后通过响应曲面法(Box-Behnken)分别对休止角和相对误差与3个显著性参数的回归模型二次多项式进行方差分析,并寻找最优参数组合。结果得到了最优参数组合解:磨块间滚动摩擦系数为0.0597,碰撞恢复系数为0.7444,JKR表面能为0.1J/m2。运用最佳参数组合进行仿真分析,得到休止角的均值为27.17?,与实验的休止角相对误差为0.6%。结论使用该方法进行湿式滚抛磨块离散元物理性能参数的标定具有可行性,不仅可以为实现仿真模拟的参数确定提供依据,同时可为其他非规则形状散体的参数测定提供参考。

JKR表面能仪的研制及其对纳米复合聚合物水凝胶表面黏结性的表征

基于Johnson-Kendall-Roberts(JKR)理论在实验室研制了一台JKR表面能仪,并用它研究了纳米复合聚合物水凝胶的表面黏结性能。纳米复合聚合物水凝胶由甲基丙烯酸在纳米黏土Laponite水溶液中聚合而成。这种JKR表面能仪非常适合于定量表征聚合物水凝胶等软物质的表面黏结性能,在生物医学、组织工程、功能性薄膜等领域具有广泛的应用前景。

基于JKR黏结模型的混凝土离散元参数标定

为获取装配式建筑用混凝土的仿真模型和接触力学参数,采用颗粒离散单元法,基于对此种混凝土的坍落度试验结果,实现对浇筑预制构件的新拌混凝土进行模拟与接触力学参数的标定。在对混凝土建模的过程中考虑到混凝土颗粒之间的黏结力,用JKR黏结模型对混凝土颗粒进行建模,以JKR表面能的大小表征混凝土间的黏度效果,以影响混凝土坍落时形态和坍落后物料堆积高度为结果变量,以预制构件用混凝土坍落度试验的真实测量值为目标建立三维离散元分析模型。选取砂浆-砂浆、砂浆-石灰石、石灰石-石灰石、砂浆-壁面、石灰石-壁面之间的静摩擦因数、滚动摩擦因数和JKR表面能的15个参数作为研究对象,采用控制变量法改变单一参数的大小,确定影响此种混凝土坍落度试验中混凝土形态的显著参数,并采用响应曲面法确定显著参数的最佳组合值。以本研究标定参数模拟的混凝土与实际预制构件混凝土之间的坍落度试验数据相对误差在允许范围内,该研究标定的混凝土离散元模型和接触力学参数对混凝土布料设备及预制构件研究具有重要意义。

Jones Knowles Ritchie(简称JKR)首席创意官 Tosh Hall

这是我参加戛纳狮子国际创意节的第五年,我比以往任何时候都更兴奋,因为我是第一次在De Bussy舞台上演讲。去年的作品开始触及社会改革主义,但我认为今年的情况会有所加剧。我喜欢看到能够带来真正文化影响的作品,或者让人们的生活更美好。今年的热门无疑当属科林·卡佩尼克。今年的创意节中,很多论坛探讨艺术的交流.

JKR Involved in Developing Old Oilfields in Jilin

ＪＫＲＩｎｖｏｌｖｅｄｉｎＤｅｖｅｌｏｐｉｎｇＯｌｄＯｉｌｆｉｅｌｄｓｉｎＪｉｌｉｎＳｕｎＸｉａｎｓｈｅｎｇ，ＷａｎｇＫｅｙｕ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＢｕｒｅａｕｏｆＣＮＰＣ...

基于EDEM的餐厨垃圾组成颗粒间接触参数标定

餐厨垃圾原料复杂,导致其好氧堆肥原料混合过程仿真研究中存在参数不易获取的问题。该研究通过物理堆积试验与EDEM仿真试验结合的方法对餐厨垃圾接触参数进行了标定,通过Plackett-Burman(P-B)试验对9个待标定参数进行显著性筛选。结果表明,颗粒滚动摩擦系数、Johnso-Kendall-Roberts(JKR)表面能、颗粒与几何体间静摩擦系数对餐厨垃圾堆积角的影响显著;采用爬坡试验和Box-Behnken(B-B)试验,获得显著影响参数的最优值区间与最优值组合:餐厨垃圾-餐厨垃圾滚动摩擦系数为0.11、JKR表面能为0.13 J·m^(-2)、餐厨垃圾-不锈钢静摩擦系数为0.73。仿真试验验证结果平均相对误差为4.3%,说明标定餐厨垃圾接触参数具有可靠性。研究结果可为餐厨垃圾处理和资源化利用设备的仿真研究提供参考。

基于EDEM的混凝土垂直溜送研究

垂直溜送是大断面、大深度竖井施工中大体量混凝土的主要输送方式,具有重力输送低能耗低成本、连续入仓高效快捷、地面场地易布置等突出优点。但由于落差大、落速高,易发生混凝土离析,严重影响混凝土输送效果和浇筑质量。上述问题的基本解决思路是在溜管中安装缓冲装置,进而控制混凝土落速。本文通过离散元软件EDEM对混凝土颗粒进行参数标定,使用JKR接触模型来对混凝土的骨料颗粒进行建模,以颗粒表面能的大小来表征混凝土颗粒之间的黏结度,模拟混凝土颗粒在垂直溜送中的动态变化,分析不同角度的挡板缓冲装置对其速度变化的影响,为混凝土垂直溜送技术提供理论依据。

基于堆积试验的黏壤土仿真物理参数标定

为获取南方黏壤土的离散元仿真模型精准接触参数,构建土壤离散元仿真模型,基于土壤堆积试验,结合试验测定和EDEM软件推荐的参数构建土壤仿真模型,以休止角为响应值,采用Design Expert软件依次设计Plackett-Burman试验、最陡爬坡试验和Box-Behnken试验完成土壤仿真物理参数标定及优化。进一步通过成穴装置成穴的仿真试验与土槽试验的对比分析,验证黏壤土仿真模型的精准性。成穴试验的仿真与土槽试验结果表明,装置在仿真土壤中运动规律与土槽试验中差异较小,成型穴孔的开口纵长和有效深度的误差分别为3.98%和1.87%,模拟仿真土壤的物理力学特性与实际土壤一致,表明黏壤土的离散元仿真参数系统标定研究的方法准确可行。研究构建了南方黏壤土精准的离散元仿真模型,为该类型土壤与触土部件相互作用的动力学研究提供技术支持。

水田作业机械仿生表面减阻机理的离散元研究

水田作业机械的减阻研究具有重要节能意义,但因水田饱和泥土层的离散特性、力学特性等不同于旱作土壤,目前多数的模拟方法都不能直接应用到水田相关的研究中。为了研究水田作业机械仿生表面的减阻机理,并找到适用于水田饱和泥土-机具交互作用相关研究的仿真分析方法,利用离散元软件EDEM建立了水田泥土的离散颗粒模型,构建了水田机械部件表面与水田饱和泥土层相接触的力学模型,对机械触泥部件表面进行了仿鱼鳞微结构表面减阻设计,通过离散元理论,对水田饱和泥土-机具交互作用过程进行了仿真分析,获得了样件所受切向剪切力、泥水颗粒运动轨迹及不同分布规律。运用流体润滑理论和摩擦学理论对水田机械触泥部件仿生微结构表面的减阻机理进行了分析。分析结果表明:在前进速度为0.8m·s^(-1)时(高速插秧机一般前进速度),仿生平面的平均剪切应力为1.59E-05N,光滑平面的平均剪切应力为3.71E-05N,可计算出仿生样件在水田泥土条件下所受的总阻力减少49.84%。对比光滑表面样件,仿生样件具有更好的减阻效果,可以改善润滑条件,形成流体润滑效果;减少接触面积;改变摩擦系数并改变泥水运移方式。本研究可为水田作业机械的减阻研究并水田饱和泥土-机具交互作用的相关研究提供理论借鉴。

考虑颗粒间黏结力的黏性土壤离散元模型参数标定

【目的】实现黏性土壤离散元模型的接触参数与接触模型参数标定。【方法】基于土壤堆积角物理试验结果,采用考虑颗粒间黏结力的"Hertz-Mindlin with JKR"接触模型进行土壤堆积角仿真试验,借助GEMM(Generic EDEM material model database)数据库获得离散元模型关键参数(包括JKR表面能、恢复系数、静摩擦系数与动摩擦系数),进一步运用Box-Behnken试验方法进行堆积角仿真试验。【结果】通过对试验结果进行多元回归拟合分析获得了堆积角回归模型,回归模型的方差分析表明该模型极显著,试验因素对堆积角的影响为二次多项式,且存在复杂的一次与二次交互作用。以堆积角40.45°为目标对回归模型进行寻优,得到了优化解:JKR表面能7.91J·m-2;恢复系数0.66;静摩擦系数0.83;动摩擦系数0.25。以此优化解进行仿真试验获得的堆积角为39.73°。堆积角仿真试验与物理试验在堆积角度和形状上具有较高的相似性。【结论】可利用该优化参数对样品土壤进行进一步的黏性土壤与触土部件间的离散元仿真,从而揭示黏性土壤在触土部件作用下的运动规律。

粗糙聚氨酯表面微接触状态下粘着力的模拟

以JKR接触理论和GW粗糙表面模型为基础,将聚氨酯表面与光滑蓝宝石球的接触作为点接触,与玻片的接触看做是多个凸峰与光滑平面的接触,建立接触力学模型分析粘着力与法向力间的关系。结果显示:聚氨酯与蓝宝石球接触时,粘着力不随法向力变化;聚氨酯与载玻片接触时,粘着力随法向力成对数变化,即在法向力很小时,粗糙峰起关键作用,接触点数和接触总面积随法向力增加而增加,粘着力迅速增大,当法向力继续增大达到一定值时,实际接触点数和接触总面积随法向力增加缓慢,表面间趋于饱和接触,故粘着力亦变化缓慢。模拟结果与试验结果接近,说明模拟方法可行、结果可靠。

基于离散元方法的型砂流动性仿真研究

铸造用型砂预固化阶段的流动性是影响砂型固化后均实性的决定性因素。为了准确预测型砂预固化阶段的流动性,用型砂休止角表示其流动性,并提出一种基于DEM中JKR模型的方法准确仿真型砂休止角。通过建立JKR物理模型对原砂、碱性酚醛树脂和固化剂不同质量配比型砂的预固化阶段休止角进行仿真实验,并运用EDEM软件Protractor功能测得休止角数值,与试验休止角平均值相比误差在3%范围内。研究结果表明:基于DEM的JKR模型能够准确预测型砂预固化阶段的流动性,仿真结果为砂型数字化柔性挤压成形技术中型砂填充砂箱和砂型3D打印的工艺设计提供依据,对准确预测型砂成形能力和砂型固化后的紧实均匀度有重要意义。

晶片直接键合所需表面粗糙度条件

根据JKR接触理论,推导出晶片直接键合时晶片接触表面粗糙度需要满足的条件,其中晶片接触表面粗糙度的描述是基于缝隙长度和缝隙高度的正弦波模型.分析结果表明,晶片直接键合的条件与无量纲参数α有关.以硅片键合为例,根据参数α可以把硅片键合分为三种类型硅片直接键合(α>1.065);在外压力作用下键合(0.57<α<1.065)和有空洞产生的键合(α<0.57).实验数据与理论结果吻合得很好.

基于计算流体力学-离散元法耦合方法的海底黏性滑坡体运动行为模拟

海底滑坡是海洋中常见的一种灾害地质现象,一旦发生将会对水下基础设施造成破坏,而目前很少有有关海底黏性滑坡体运动演化行为方面的模拟研究。采用计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)和离散元法(discrete element method,简称DEM)建立了描述水与颗粒相互作用的流固耦合模型,通过引入颗粒间黏聚力模型,发展海底黏性滑体运动演化过程的CFD-DEM耦合分析方法,并开展了多个典型算例的验证分析。在此基础上,考虑滑体黏性作用和初始速度,系统地模拟了海底滑坡体的运动学特征(运动速度和距离)和形态特征(滑体长度、宽度、形状等),并深入探究了滑体运动及演化过程的影响机制。结果表明:该耦合方法可以较好地模拟再现海底滑坡体的小尺度运动行为,滑坡体的黏性作用对其运动学特征和形态特征具有显著影响,初始速度也明显影响了滑体各部位在运动过程中的颗粒流场演化及分布特征。这一成果可为真实海底滑坡的运动演化过程模拟和有效预测提供重要的科学依据。

基于原子力显微镜对沥青表面能的研究

基于表面能计算黏附功是目前评价沥青-集料黏附性的方法之一,传统计算方法基于材料表面物理化学与杨氏方程,利用已知液体与沥青接触角即可求得。该文利用原子力显微镜AFM对沥青进行力学性能试验,基于两种不同计算模式和Fowke理论求得沥青表面能,并与传统方法进行比较分析,结果表明:原子力显微镜在进行分析时基于JKR(S)理论可求得沥青表面能,其结果与传统方法计算的表面能结果更为接近,且与传统方法求得的表面能具有一定的规律性,可以作为新的表面能计算方法;采用原子力显微镜对不同沥青样品在同样的试验条件下进行分析比较时,人为影响小、精确度高、评价结果可靠,可作为新的计算沥青表面能试验方法。

微型农机元件磨损的接触力学模型

现代农业机械正在向内部元件微型化、整体集成化发展,微型农机元件的接触磨损问题在农机设计中被广泛关注。从Hertz接触理论出发,主要通过Maugis模型中的无量纲参数的变化,研究了JKR模型、DMT模型和Maugis模型之间的关系,以及从DMT模型到JKR模型的转换。研究结果可以为今后农机微型元件的设计和制造提供相关理论指导。