离散元知识点

颗粒动力学常用方法及其特点(20分)？答：颗粒动力学常用方法一般分为两类，即连续力学方法和离散单元方法。1连续力学法是一种宏观建模的方法，用于分析可被看成是连续介质的散粒物料的运动，“颗粒流”、“颗粒气团”(由相互作用的颗粒结成的连续体)、粘弹可塑性的土壤等。该方法把连续力学(如流体力学)粒之间时而接触时而又分别的不连续性，不能很好地解决颗粒及颗粒间简单多变的接触问题。2离散元方法(DEM)的思想源于较早的分子动力学，是争论不连续体力学行为的一种数值方法。其根本思想是把散粒群体简化成具有肯定外形和质量颗粒的集合，赐予接触颗粒间及颗粒与接触边界(机械部件)其特点是在分析高度简单的系统时，无论是颗粒还是边界均不需作大的简化；当赐予接触颗粒间不同的接触模型时，还可以分析颗粒结块、颗粒群聚合体的破坏过程、多相流淌甚至可以包括化学反响和传热等问题。离散元法的颗粒建模方法及其特点(20分)？答：离散元法的颗粒建模方法有两种：1超二次方程80%以上的颗粒外形都可以用超二次方程的模型进展简化模拟，因此超二次方程方法使用范围比较广泛。2组合颗粒模型这种方法建模比较直观，通过不同外形和大小的单元体可以组合出所需的各种颗粒模型。离散元法的边界建模方法及其特点(20分)？答：到目前为止，离散元法的边界建模方法主要有以下几种：1颗粒积存方法开销太大尤其是三维的状况。2函数建模方法在离散元中，边界可以用离散的或连续的几何方程来表示。对于料仓和漏斗中颗粒流Williams等使用了基于二维的超曲面的更简单图形，来建立边界的离散元法分析模型，此时边界轮廓需要被分解成线段用于接触探测。使用一样的方法已经被扩展到三维，如使用球面、圆筒面或平面元素来表示边界。Walton等使用了这个技术，仿真球形无弹性颗粒流通过规章排列的圆筒杆。3有限壁方法Kremmer等提出一种有限壁的方法，用以建立三维运动边界的离散元法分析模型。算法使用三角平面壁元素组成的离散三角网近似靠近有限面。每个壁元素用一些参数定义，如位置、方向和曲半径等，这些参数是壁和颗粒接触判定的根底。这种方法也可以用于建模简单的边界模型。有限壁的方法计算效率高，表示边界的几何外表格外敏捷，可直接采从而更逼真的模拟系统中的颗粒运动。4CAD模型的建模方法这些外表又由一些根本图形元素(以下简称图元)(二维CAD模型)或平面、球面、椭球面、柱面和锥面等(三维CAD模型)，作为一种通用的建模方法，通过读取边界CAD模型中与散粒物料接触作用的图元，来建立边界的离散元法分析模型，是一种可行和通用的方法。离散元法常用接触作用的力学模型及其应用(20分)？答：离散元法常用的接触作用的力学模型有以下几种：1线性粘弹性接触力学模型法向接触力学模型，常用的线性粘弹性模型为Fn

kn

cvn nn为接触两体间的法向作用力；n为接触的法向刚度系数，n合量；Cn为法向粘性阻尼系数，Vn为两体接触处的法向相对速度(斥力)。由于切向力的大小与加载历史有关，因而通常切向接触力的计算都承受增量形式，其线性粘弹性力学模型为F(t)Fs s

(tt)kvs s

tcvs sVs为接触处的切向相对速度；Cs为切向粘性阻尼系数。2非线性粘弹性力学模型线性粘弹性模型虽然得到广泛应用，但实际上颗粒相互接触时，法向作用力都是非线3232FR4R4

kn

cv1E1E12 121 2E E12k E

，1

1 1 ，3n R R R31 2R、R 分别为接触两体接触处的曲率半径E、E 分别为接触两体的弹性模量 分别1 2 1 2 1 2为接触两体的泊松比〔斥力。3弹塑性接触力学模型粘性阻尼力并非真正代表一种能量耗散机制，而只是使计算尽快稳定的方法，因而cnee不仅与材料特性有关，还与接触外表cn也带来难度；第三，当法向作用力较大e又较小，依据粘弹性模型计算的法向力已有较大误差。为此，Mishra、WaltonVu-Quoc等又分别提出了Walton提出的半锁弹簧(又称双线性)模型为k 加载时F 1 n k2

0

卸载时k1

δδ02k2

分别为接触两体的法向叠合量和剩余法向叠合量，kke1 24

k1 。2+

时，法向接触力由线性粘弹性模型F

k

cv1 2 n n n n nD在R1+R2≤D≤(1+Cad)(R1+R2)间时，法向接触力〔拉力〕为Fkn ad5

ad

)(R1

R)D2S(=s1+s2)0≤S≤(1+0.5)V13

时法向接触力〔拉力〕为FFFn c

，式中F(12c 2

) F6vR*2 ni1i

S

为颗粒半径(m)；S为颗粒间nηPa为流体外表张力为两颗粒间液体体积可由下n式求得：V2{2

2

cos

3cos31

21

2 1

3 1 1 2 r3cossin

2cos1cos2}2的接触3

型，如考虑颗粒具有外表粘附作用的粘聚力模型；考虑颗粒与气体耦合时的气固耦合模型；考虑整体物料局部破坏的连结模型等。以上几种力学模型的应用：在承受离散元法分析计算时，应选用哪一种力学模型，一般来说与分析对象和分析目的有关。Klinker等认为粘弹性模型更适合于散粒农业物料的分析计算，其中线性粘弹性模型已应用于金属棒插入土壤时土壤阻力及变样子况、糙米的筛分过程和筒仓中大豆的进出料过程的分析；半锁弹簧模型已应用于大豆在斜槽中流淌过程型更适宜。具体步骤等(20分)？答：以承受离散元法对芯铧式和船形铲式开沟器工作阻力的仿真分析为例来说明。芯铧式和船形铲式开沟器争论现状和存在问题1芯铧式开沟器芯铧式开沟器是在我国传统农具耙芯子的根底上进展起来的，适用于垄作播种，它工作时，其前棱和两侧对称的曲面使土壤沿曲面上升，并将残茬、表层干土块、杂草向两侧抛出翻到，使下层湿土上翻，开沟阻力也较大，不利于高速作业。其优点是构造简洁，入180mm沟底平坦、苗幅宽，可防止干湿土混杂，利于保墒出苗。主要用于东北垄作地区宽苗幅，中耕作物播种的中耕通用机上。2船形铲式开沟器6035压成沟形。沟形平坦，V型沟壁整齐。依据需要可选用单行、双行和三行开沟铲，每个开沟器可开出一条、两条或者三条种沟，可以到达窄行密播和带播的要求。这种开沟器工作速度不宜过高，最大为6~7km/h。因其构造简洁，适于浅播和窄行播、带播，主要用于蔬菜、甜菜和豆类播种机上。3存在问题工作过程。具体步骤1边界模型的建立基于AutoCAD模型，通过Pro/E软件对芯铧式和船形铲式开沟器进展三维建模。然后运用课题组开发的离散元仿真分析软件的前处理模块提取芯铧式和船形铲式开沟器的工作平面，并设置相应的材料属性和运动属性，最终将边界信息、材料信息、运动信息存入到数据库以备后面仿真调用。2选择适合土壤