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Experimental study and analysis on the rising motion of grains in a vertically-vibrated pipe 被引量:4
1
作者 刘煜 赵俊红 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第3期224-229,共6页
Previous experimental investigations have shown that when a narrow pipe is inserted into a granular bed and is vibrated vertically but the granular bed is kept still, the grains in the bed can enter the pipe and rise ... Previous experimental investigations have shown that when a narrow pipe is inserted into a granular bed and is vibrated vertically but the granular bed is kept still, the grains in the bed can enter the pipe and rise against gravity along the pipe and finally stabilized at a certain height. The growth velocity and final stable height of the grain column inside the pipe can be controlled by varying the vibration conditions. In this paper, we discuss those experimental findings. We establish a mathematic relation between the grain column height(h) and time(t), and by using the relation we discuss the change of the growth velocity( dh/ dt) and acceleration( d^2h/ dt^2) with t and h, respectively. We also analyze the mechanism of the rising motion of the grains during vibration. Furthermore, we derive a theoretical expression for describing the final stable height(h st), which shows that the main factors influencing the height are vibration strength(Γ), bulk density of grains,inner diameter of the pipe, and vibration frequency, and that h st increases nonlinearly in the presence of air and linearly in a vacuum environment with increasing Γ. 展开更多
关键词 granular matter vertical vibration theoretical analysis
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A new physical model on the capillary phenomenon of granular particles 被引量:1
2
作者 Nan ZHANG Bin CHENG Hexi BAOYIN 《Applied Mathematics and Mechanics(English Edition)》 SCIE EI CSCD 2019年第1期127-138,共12页
Similar to the capillary phenomenon of liquid, granular particles can move up to a certain height along a vertically vibrating tube. The certain height, which is called the equilibrium height, is related to some param... Similar to the capillary phenomenon of liquid, granular particles can move up to a certain height along a vertically vibrating tube. The certain height, which is called the equilibrium height, is related to some parameters, e.g., the inner diameter of the tube, the amplitude, and the vibration frequency. In this paper, a theoretical model is proposed to explain the physical origin of the capillary phenomenon and the effects of the inner diameter of the tube, the amplitude, and the vibration frequency on the equilibrium height. In this model, the volumes of the inflowing and outflowing particles in a vibration period are calculated, which can significantly broaden our understanding in the flow of particles in the bottom of the tube. In order to prove the assumption of this physical model that the particles in the bottom of the tube move in the form of sine, several experiments are conducted. The granular climbing heights at different granular positions and different time stages are measured. The results show that granules move in the form of sine, which almost coincides with the motion of the tube. Moreover, motivated by the sampling on the asteroid regolith based on this mechanism, the sampling efficiencies for various vibration amplitudes and frequencies are discussed based on the new proposed model. It is found that there is an optimum frequency at which sampling is the most effective. 展开更多
关键词 granular matter vertical vibration nonlinear dynamics theoretical analysis
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竖直振动下颗粒物质的行为模式研究进展 被引量:11
3
作者 刘举 白鹏博 +1 位作者 凡凤仙 胡晓红 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1956-1962,共7页
竖直振动下颗粒物质行为模式的研究对化工过程中效率的提升具有重要意义,该研究近年来成为热点,并不断取得新进展。本文将已有竖直振动下颗粒物质行为模式研究归纳为:竖直振动颗粒床中颗粒的行为、竖直振动颗粒床中颗粒沿直管的爬升、... 竖直振动下颗粒物质行为模式的研究对化工过程中效率的提升具有重要意义,该研究近年来成为热点,并不断取得新进展。本文将已有竖直振动下颗粒物质行为模式研究归纳为:竖直振动颗粒床中颗粒的行为、竖直振动颗粒床中颗粒沿直管的爬升、竖直振动U形管中颗粒的迁移、静止颗粒床中颗粒沿竖直振动管的爬升,并对相关研究进展进行评述,发现目前对颗粒物质运动规律的认识还不深入,颗粒物质行为模式的内在机理上尚存争议。鉴于离散元方法(DEM)能够获得每一个颗粒的运动信息,从而很好地反映颗粒过程的机理和特性,对竖直振动U形管和竖直振动管中颗粒物质行为模式进行DEM模拟再现;据此提出在今后的研究中应充分发挥DEM的优势,深入研究颗粒行为模式的动力学本质和影响颗粒行为模式的因素,为颗粒输运过程的优化提供理论基础和方法指导。 展开更多
关键词 竖直振动 颗粒物质 行为模式 离散元方法
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竖直振动管中颗粒毛细效应的离散元模拟 被引量:10
4
作者 凡凤仙 王志强 +1 位作者 刘举 张华腾 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第2期415-424,共10页
将一根细管插入填充有颗粒的静止容器中并对管施加竖直振动,颗粒将在管内发生上升运动,并最终稳定在一定高度,这一现象与液体毛细效应类似,被称为颗粒毛细效应.为探究颗粒毛细效应过程中伴随的颗粒尺度动力学行为及机理,基于离散元方法... 将一根细管插入填充有颗粒的静止容器中并对管施加竖直振动,颗粒将在管内发生上升运动,并最终稳定在一定高度,这一现象与液体毛细效应类似,被称为颗粒毛细效应.为探究颗粒毛细效应过程中伴随的颗粒尺度动力学行为及机理,基于离散元方法建立颗粒运动模型,对颗粒毛细效应动力学过程和特性开展数值模拟研究.模拟再现了文献中实验得到的颗粒毛细效应全过程,给出了管内颗粒柱高度随时间的演变规律,结果表明,受到颗粒系统参数的影响,本模拟条件下颗粒毛细效应过程呈现单周期上升、倍周期上升和倍周期稳定三个阶段,在倍周期上升阶段颗粒柱上升速度逐渐减小,平缓过渡到稳定阶段.在此基础上,分析了管内颗粒速度场和填充率分布随时间的演变特性,揭示了颗粒毛细效应过程中由容器传输到管内的颗粒的占比分布.研究发现,管内不同高度位置颗粒的运动并不同步,随着管的振动,管内出现速度波,速度波的传播引起管内颗粒出现膨胀和压缩交替的情况,从而管内颗粒填充率随时间发生周期性波动;在上升阶段,越接近管壁由容器传输到管内的颗粒占比越大,在稳定阶段,管内上层颗粒的对流引起容器传输到管内的颗粒占比发生反转. 展开更多
关键词 离散元方法 颗粒物质 竖直振动 毛细效应
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颗粒物质在竖直振动U形管中迁移的离散元方法模拟 被引量:3
5
作者 郭宇 凡凤仙 +1 位作者 白鹏博 刘举 《上海理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期409-416,共8页
采用离散元方法对颗粒物质在竖直振动U形管中的迁移进行三维数值模拟。将数值模拟结果和实验进行对比,两者吻合良好。在此基础上,考察了摩擦对颗粒动力学行为的影响。结果表明,存在摩擦时,颗粒将发生迁移运动,使得U形管两分支内颗粒柱... 采用离散元方法对颗粒物质在竖直振动U形管中的迁移进行三维数值模拟。将数值模拟结果和实验进行对比,两者吻合良好。在此基础上,考察了摩擦对颗粒动力学行为的影响。结果表明,存在摩擦时,颗粒将发生迁移运动,使得U形管两分支内颗粒柱产生高度差,该过程伴随着颗粒对流现象;当颗粒与管壁间摩擦系数为0时,颗粒柱高度差在0附近波动,两分支内存在相似的颗粒对流;当颗粒与颗粒间摩擦系数为0时,颗粒柱高度差几乎保持为0,颗粒对流消失。研究还发现,存在摩擦时,U形管两分支内颗粒的竖直方向平均速度差异很大;当颗粒与管壁间或颗粒与颗粒间摩擦系数为0时,U形管两分支内颗粒的竖直方向平均速度存在一定的一致性。 展开更多
关键词 颗粒物质 竖直振动 U形管 迁移 离散元方法
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二维有摩擦颗粒体系振动态密度与玻色峰的研究 被引量:1
6
作者 牛晓娜 张国华 +2 位作者 孙其诚 赵雪丹 董远湘 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期206-213,共8页
利用颗粒离散元方法,研究了由2048个有摩擦的单分散圆盘颗粒组成的体系在各向同性压缩条件下,颗粒摩擦系数μ对颗粒体系结构与振动特性的影响.结果表明:固定压强下,随μ的增大,区分德拜标度与态密度平台的过渡频率ω*与玻色峰频率ωBP... 利用颗粒离散元方法,研究了由2048个有摩擦的单分散圆盘颗粒组成的体系在各向同性压缩条件下,颗粒摩擦系数μ对颗粒体系结构与振动特性的影响.结果表明:固定压强下,随μ的增大,区分德拜标度与态密度平台的过渡频率ω*与玻色峰频率ωBP均向低频移动,玻色峰高度D(ωBP)/ωBP逐渐增加.主要原因是μ增大导致颗粒体系无序程度增加(平均配位数减小)而在ω>ω*处出现了大量额外模式.模式分析表明:低频(ω<1.0)模式主要是以平动为主的混合模式,中频(1.0<ω<4.0)模式主要是以平动为主的混合局域化模式,高频(ω>4.0)振动模式几乎为纯转动的局域化模式;并且随μ的增大,低频下平动模式更加局域化,同时低频转动模式的贡献也逐渐增加,暗示在高摩擦系数下低频转动模式产生更重要的影响. 展开更多
关键词 颗粒物质 振动态密度 玻色峰 模式分析
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颗粒毛细效应影响因素的离散元分析 被引量:1
7
作者 张华腾 凡凤仙 王志强 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第2期442-450,共9页
颗粒毛细效应是指将一根细管插入填充有颗粒物质的容器中并对管施加竖直振动时颗粒在管内上升并最终达到一个稳定的高度的现象,该现象为颗粒物料的逆重力输运提供了一种潜在的技术途径.为探究颗粒毛细效应的影响因素,采用离散元方法,模... 颗粒毛细效应是指将一根细管插入填充有颗粒物质的容器中并对管施加竖直振动时颗粒在管内上升并最终达到一个稳定的高度的现象,该现象为颗粒物料的逆重力输运提供了一种潜在的技术途径.为探究颗粒毛细效应的影响因素,采用离散元方法,模拟再现了颗粒毛细效应过程,展示了不同管径下颗粒竖直方向速度演变特性,考察了不同容器宽度和振动条件下颗粒最终毛细上升高度随管径的演变规律.结果表明,在容器宽度与粒径比为40、管振幅与粒径比为14.33、管振动频率为12 Hz情况下,管径与粒径比D/d=3.33时,管内颗粒堵塞严重,使得颗粒上升缓慢,并造成颗粒柱中断;D/d=8.33时,起初毛细上升高度增加迅速,随后毛细上升高度的增大逐渐减缓,管内颗粒在管径方向几乎不存在速度梯度;D/d=15时,随着颗粒毛细上升高度的增大,管内颗粒柱分离为速度截然不同的两层,上层颗粒在管径方向几乎不存在速度梯度,而下层颗粒存在明显的速度梯度.研究还发现,在毛细效应能够发生的管径范围内,存在一个对应于颗粒最终毛细上升高度最大值的临界管径,当管径小于临界管径时,颗粒最终毛细上升高度随管径的增大而增大,当管径大于临界管径时,颗粒最终毛细上升高度随管径的增大而趋于减小;增大容器宽度,临界管径有所增大;增大振幅、适当提高频率能够有效促进临界管径的增大. 展开更多
关键词 颗粒物质 毛细效应 竖直振动 离散元方法 颗粒输运
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高速铁路简支梁桥上周期性高低不平顺成因分析及控制指标研究 被引量:9
8
作者 宋国华 高芒芒 《铁道建筑》 北大核心 2019年第8期1-4,共4页
自高速铁路开通运营以来,在多次轨道检测过程中发现32 m简支梁上存在周期性的轨道高低不平顺,为了查明桥上轨道不平顺的成因以及其对车辆和桥梁动力性能的影响,分析了列车荷载的影响,并对实测混凝土徐变与计算值进行了对比。分析结果表... 自高速铁路开通运营以来,在多次轨道检测过程中发现32 m简支梁上存在周期性的轨道高低不平顺,为了查明桥上轨道不平顺的成因以及其对车辆和桥梁动力性能的影响,分析了列车荷载的影响,并对实测混凝土徐变与计算值进行了对比。分析结果表明,混凝土收缩徐变是桥上周期性不平顺形成的主要因素,桥上周期性不平顺值还未达到I级超限的标准。通过车-线-桥垂向耦合振动分析可知,在不同的徐变上拱情况下,轮重减载率相对于车体振动加速度和乘坐舒适度对轨道不平顺的变化更加敏感,而桥梁的动力响应均满足限值的要求。在轨道铺设后,当速度在300~350 km/h时,建议32 m简支梁上的徐变上拱值控制在7 mm内,该值与德国规范DIN-Fachbericht 103的要求一致。 展开更多
关键词 高速铁路 高低不平顺 理论分析 耦合振动分析 轮重减载率
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竖直振动激励下颗粒毛细上升行为研究
9
作者 于天林 凡凤仙 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期201-208,共8页
竖直振动激励下颗粒毛细上升现象为颗粒物料的提升、输运和采集提供了一种全新的技术路径.然而,已有颗粒毛细上升行为研究仍存在明显不足,特别是缺乏对重力加速度、水平振动分量、颗粒粒径分布影响的深入探究.针对这些问题,采用离散元方... 竖直振动激励下颗粒毛细上升现象为颗粒物料的提升、输运和采集提供了一种全新的技术路径.然而,已有颗粒毛细上升行为研究仍存在明显不足,特别是缺乏对重力加速度、水平振动分量、颗粒粒径分布影响的深入探究.针对这些问题,采用离散元方法,对不同操作条件下颗粒毛细上升现象开展数值模拟研究,并对颗粒最终毛细上升高度和平均毛细上升速度进行计算分析.结果表明,在低重力条件下,颗粒毛细效应仍能发生,颗粒最终毛细上升高度和平均毛细上升速度随重力加速度均呈现先增加后减小的趋势;颗粒最终毛细上升高度对水平振动分量的变化不敏感,而平均毛细上升速度随水平振动分量的增大而增加;在平均粒径相等的情况下,粒径服从高斯分布的颗粒比单一粒径颗粒的最终毛细上升高度最大值对应的临界管径更大,并且同处于堵塞效应影响的管径区域时平均毛细上升速度也更快. 展开更多
关键词 颗粒物质 毛细效应 竖直振动 离散元方法
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垂直振动激发下颗粒物质的能量耗散 被引量:13
10
作者 彭政 蒋亦民 +1 位作者 刘锐 厚美瑛 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第2期373-378,共6页
本文对垂直振动激发下的铜和玻璃珠两种密集颗粒样品,通过实时测量样品盒的加速度和振台对它的作用力,研究了样品的平均耗散功率.实验发现该耗散功率在给定振动强度下随振动频率的变化曲线是一个峰值在几十赫兹的宽峰结构,在给定频率下... 本文对垂直振动激发下的铜和玻璃珠两种密集颗粒样品,通过实时测量样品盒的加速度和振台对它的作用力,研究了样品的平均耗散功率.实验发现该耗散功率在给定振动强度下随振动频率的变化曲线是一个峰值在几十赫兹的宽峰结构,在给定频率下随强度的变化具有幂率规律,其幂值小于简谐受迫振动模型的幂值2.这些结果将有助于研究测定颗粒流体和气体的迁移系数,以及它们在不同运动模式下的能耗差异. 展开更多
关键词 颗粒物质 能量耗散 垂直振动
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大跨度桥梁竖弯涡振限值的主要影响因素分析 被引量:32
11
作者 陈政清 黄智文 《中国公路学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期30-37,共8页
为了合理确定大跨度桥梁的竖弯涡振限值,首先综述了其规范值和取值依据,讨论了其主要影响因素,包括人体舒适性和行车安全;然后分别依据人体承受全身振动的评价方法和行车视距的要求,分析了考虑人体舒适性和行车安全影响的大跨度桥梁竖... 为了合理确定大跨度桥梁的竖弯涡振限值,首先综述了其规范值和取值依据,讨论了其主要影响因素,包括人体舒适性和行车安全;然后分别依据人体承受全身振动的评价方法和行车视距的要求,分析了考虑人体舒适性和行车安全影响的大跨度桥梁竖弯涡振限值。研究结果表明:人体舒适性是确定桥梁竖弯涡振限值时必须考虑的因素;大跨度桥梁竖弯涡振频率低,桥上工作人员可能因涡振产生极不舒适的运动病感觉,其对应的涡振限值也最严格;大跨度桥梁的高阶模态涡振可能会对行车视距造成干扰,此时行车安全成为确定涡振限值的重要因素。 展开更多
关键词 桥梁工程 竖弯涡激共振 理论分析 涡振限值 人体舒适性 行车安全
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垂直振动激励下颗粒材料有效质量和耗散功率的研究 被引量:5
12
作者 余田 张国华 +2 位作者 孙其诚 赵雪丹 马文波 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期176-181,共6页
研究了垂直振动激发下钨颗粒的动态有效质量?M(ω)和耗散功率p(ω)随频率ω的依赖关系.实验发现,在给定的振动幅度下,自由表面样品有效质量的实数部分M1(ω)、虚数部分M2(ω)以及耗散功率p(ω)随频率的变化曲线均出现一个尖锐的共振峰.... 研究了垂直振动激发下钨颗粒的动态有效质量?M(ω)和耗散功率p(ω)随频率ω的依赖关系.实验发现,在给定的振动幅度下,自由表面样品有效质量的实数部分M1(ω)、虚数部分M2(ω)以及耗散功率p(ω)随频率的变化曲线均出现一个尖锐的共振峰.随着在颗粒上表面施加压强的增大,M1(ω),M2(ω)和耗散功率p(ω)曲线的峰值频率向高频移动,且峰值高度也相应增大.进一步研究发现,有效质量实数部分的共振频率fg随表面压强P的变化满足分段幂律规律,当P较小时,幂指数为0.3,当P较大时,幂指数减小为1/6.颗粒系统的品质因子的倒数1/Q随压强P的变化满足指数衰减规律. 展开更多
关键词 颗粒材料 垂直振动 有效质量 能量耗散
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