离散单元法在单颗粒物料单向压缩下的能耗研究

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颗粒流体力学的新方法与新技术

颗粒流体力学的新方法与新技术颗粒流体力学是研究离散物理单元运动行为的一种方法。

相比于连续介质的流体力学，颗粒流体力学主要研究的是具有离散性的物质颗粒，例如颗粒流（gas-solid flow）、颗粒悬浮流（particle-laden flow）等等。

在工程领域中，颗粒流体力学的研究可以应用于煤粉气化、粉煤灰输送、混凝土输送等许多重要工程问题中。

因为颗粒流体力学的具体问题较为复杂，因此传统的计算方法难以求解。

随着计算机技术的不断进步，人们研究和发展出了许多新的方法和技术来解决颗粒流体力学的难题。

一、离散元法离散元法（Discrete Element Method，DEM）是将物质颗粒视为互相独立的整体，通过显式地规定它们之间的相互作用关系，在其相互作用的影响下对整个颗粒体系的运动进行数值模拟的一种方法。

DEM方法是一种微观数值模拟技术，精度较高，适用于颗粒间相互作用强、运动过程复杂、运动尺度较小的颗粒流体力学问题。

二、粒子-格子法粒子-格子法（Particle-Grid Method，PGM）是一种具有计算效率高、实现简便等优点的微观数值模拟方法。

该方法是把颗粒系统的质心运动和颗粒间的碰撞过程离散地模拟出来，利用坐标网格来判定各个颗粒间的相互作用力，再利用网格运算来求出颗粒间的作用力和碰撞反应力。

该方法通常应用于颗粒流问题的宏观数值模拟。

三、人工神经网络人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）可以学习和理解样本数据中信息的复杂度，以及非线性的、动态的和人工难以描述的系统动态特性，并可以对于噪音数据具有较好的适应能力。

在颗粒流体力学中，人工神经网络可以做到对颗粒流动状态的自动分类与识别，并可计算出压强、速度、浓度等颗粒流场的重要参数。

四、计算机视觉计算机视觉在颗粒流体力学中的应用主要是通过图像处理技术来获取颗粒流场的信息。

常用的方法有：数字图像处理、光学测量、激光和声波散射等。

颗粒物质混合行为的离散单元法研究

颗粒物质混合行为的离散单元法研究颗粒物质的研究一直是力学领域的一个重要课题。

随着计算技术的发展，研究者能够更准确地模拟颗粒物质的混合行为。

一种常用的模拟方法是离散单元法（DEM）。

DEM是一种基于物体离散的方法，可以模拟多种类型的粒子流动。

近年来，DEM在研究颗粒物质混合行为方面取得了巨大进展，可以用于研究粒子行为，如粒子悬浮流体流及其他现象。

DEM是一个基于数学模型的仿真工具，可以模拟粒子的行为及粒子之间的相互作用。

它的基本原理是，把模拟的系统分解成若干离散的物理单元。

每个物理单元由一组简化的力学参数组成，如质量，惯性，相对位置，以及一系列的力和加速度模型。

根据这些物理参数，我们可以用模拟工具计算出粒子之间的相互作用，从而进一步推导出混合行为。

DEM可以模拟多种形式的颗粒物质混合行为，其中包括粒子悬浮混合，慢速混合和快速混合。

粒子悬浮混合是指颗粒物质的混合过程，其中粒子的混合形式是悬浮的，即粒子之间的作用力比其他形式要小。

它是粒子混合过程中经常出现的现象，例如在沉积过程中，粒子之间会发生悬浮混合。

慢速混合指的是把粒子混合在一起，使得粒子形成一个集中的形状，而不是像悬浮混合那样，粒子分散开来。

快速混合指的是粒子混合过程中，由于碰撞力或动量而导致的粒子急剧改变方向或位置的现象，这是粒子混合在一定时间内变化最快的过程。

考虑到粒子混合的复杂性， DEM的仿真模型必须要满足一定的精度要求，以便能够准确地模拟不同类型的粒子混合行为。

具体来说，DEM的模型的细节必须要考虑到粒子的质量，惯性，以及粒子之间可能存在的碰撞，摩擦和其他影响因素。

此外，DEM模型还可以通过考虑粒子行为改变时所需要的参数，更准确地模拟粒子混合行为。

DEM技术已经被广泛应用于各种工程设计中。

例如，在机械工程领域，它可以用来设计粒子混合机器，以及检测粒子混合系统的性能。

此外，DEM技术还可以用于模拟液体和粉末混合行为，以及粉末的均匀储存。

离散单元法及其在岩土力学中的应用

离散单元法及其在岩土力学中的应用离散单元法（Discrete Element Method, DEM）是一种基于颗粒力学理论的数值模拟技术，广泛应用于工程、地质、材料科学等领域。

该方法通过将介质划分为离散的单元体，并对这些单元体之间的相互作用进行模拟，从而研究材料在各种外力作用下的力学行为。

离散单元法在岩土力学中的应用，能够有效地解决传统有限元方法难以处理的复杂工程问题，特别是在模拟颗粒介质的变形、破坏和流动过程方面表现出显著优势。

离散单元法的基本原理是将介质视为由大量相互作用的离散颗粒组成的系统。

这些颗粒不仅可以自由移动，还可以通过接触力相互作用。

方法通过对每一个颗粒进行力学分析，并考虑颗粒间的接触力、摩擦力、黏附力等，建立数学模型来描述颗粒系统的整体行为。

相较于传统的连续介质力学模型，离散单元法能够更真实地模拟颗粒材料的力学特性，适用于复杂的颗粒介质问题。

在岩土力学中，离散单元法被用于解决各种涉及颗粒介质的工程问题。

岩土工程中的很多问题，如土体稳定性分析、矿山开采、地下工程设计等，都涉及到岩土体在外力作用下的变形和破坏。

离散单元法通过模拟岩土体的颗粒间相互作用，能够为这些问题提供精确的数值解答。

在土体稳定性分析中，离散单元法能够有效地模拟土体在不同荷载条件下的变形和破坏过程。

传统的有限元方法在处理土体大变形问题时可能存在计算效率低和结果不稳定的问题。

而离散单元法通过颗粒间的接触模型，能够模拟土体在荷载作用下的复杂变形过程，分析土体在不同工况下的稳定性，并为工程设计提供依据。

在矿山开采中，离散单元法被广泛应用于模拟矿体的开采过程、评估开采对周围岩体的影响。

通过构建矿体的离散颗粒模型，能够模拟矿体的破裂、变形以及开采过程中可能出现的地表沉降等现象。

这种模拟能够帮助工程师优化开采方案，减少对环境的影响，保证矿山开采的安全与可持续发展。

离散单元法在地下工程设计中的应用也非常重要。

在隧道开挖、地下储层开发等工程中，岩土体的力学行为对工程的安全性和经济性具有重要影响。

基于响应曲面法与离散元法的破碎过程能耗仿真分析

基于响应曲面法与离散元法的破碎过程能耗仿真分析黄鹏鹏;李成;胡明亮【摘要】以降低破碎机的破碎能耗为目标,建立以PE250*400颚式破碎机为原型的的几何模型及颗粒物料模型,以梯形齿上底边长、动颚板与定颚板的啮角、动颚板的水平行程和动颚板的运动速度等4个因素作为优化变量,根据响应曲面法(RSM)设计原理对其进行分组试验,结合EDEM软件对物料破碎过程中能量的消耗以及断裂键数进行数值模拟.研究结果表明:破碎机破碎过程中单位能耗的破碎效果受梯形齿上底边长、啮角、动颚板的水平行程影响显著,而运动速度则次之,影响程度从大到小排列为动颚板的水平行程、上底边长、啮角、运动速度.另外,破碎过程中最优参数为梯形齿上底边长5mm、动颚板与定颚板的啮角17°、动颚板的水平行程40mm和动颚板的运动速度1m/s.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】5页(P78-82)【关键词】响应曲面法;EDEM;破碎能耗;仿真【作者】黄鹏鹏;李成;胡明亮【作者单位】江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000;江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000;江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TH16随着经济的快速发展，物料的需求越来越大，破碎机的应用也越来越广泛，全国每年都需要破磨大量的矿石和岩石，消耗大量的电能。

以矿山生产为例，破碎作为选矿的第一道工序，其耗电量就占到了选矿厂总耗电量的50%以上［1］，并且大量的电能由于破碎过程中的摩擦等转化为热能被耗散。

因此，为了提高能量利用率以降低能耗，对破碎过程中的能耗进行研究具有必要性。

为了最大程度地提高破碎机的能量利用率，文献［2］运用离散元法研究了能量的消耗与转速、行程的影响关系，研究表明随着转速的降低和行程的增加，消耗的能量呈先增后减的趋势；文献［3］运用离散元法模拟立方体物料与球体物料在两颚板之间的挤压破碎过程，研究模拟的应变能与由Bong破碎系数估计的应变能之间的关系，并进一步研究证实了大量的球形岩石情形下，颚板吸收的能量与颗粒特定的粉碎能量相近，但是颚板吸收的能量与立方岩的断裂能量之间呈现着多样性的特点［4］；文献［5］运用离散元法模拟了不同粒径颗粒在颚式破碎机中的破碎过程，并得出了颗粒能量吸收与碰撞频率的关系曲线，指出当每秒碰撞800次时，在能量为1mJ的能量级水平上将出现一个大致的正态分布；某大学的母福生运用EDEM对单颗粒物料单向压缩下的能耗进行了研究，得到了压板的冲击速度、齿板厚度以及两齿间水平距离对能耗及破碎概率的影响次序［6］；破碎过程中衬板直接挤压物料，其齿形对破碎效果及破碎过程中能量消耗起着非常重要的作用，目前大多数研究者主要研究了齿形对破碎效果以及破碎力的影响，如文献［7］运用有限元软件分析齿板的受力情况，得出齿顶距越小，物料越容易破碎，但会减弱破碎齿的强度；文献［8］基于离散元法和正交试验设计进行数值仿真，获得齿形参数多因素对破碎力的综合影响规律，获得最优齿形参数组合。

计算流体力学-离散单元法

计算流体力学-离散单元法计算流体力学-离散单元法（Computational Fluid Dynamics - Discrete Element Method）是一种用于解决离散流体力学问题的数值方法。

它是以构造有限元模型为基础的，将流体物理过程划分为若干节点或小单元，以及小单元之间的相互作用，从而计算出流体的局部分布和运动情况。

因为离散元法采用有限元技术，模型计算出来的数据不受场地尺寸、复杂曲面及网格影响，可以计算复杂场景。

离散元法以描述每个小单元的力作为基础，而不是以一维、二维和三维网格结构为基础;每一个单元都只能表示某个区域或某个物体表面上的一小部分。

因此，离散元可以有效地描述曲面结构，并在表面上提供更精细的计算。

离散元法还使用了一种新的“动态颗粒”的概念，用以描述流体的运动情况。

这意味着，即使在实时环境中，也可以以更高的精度模拟流体性能，而不会遭受时间延迟和数据损失的影响。

此外，离散元法能够很好地模拟流体运动的连续性，因为它能够精确地描述每个细胞的力学行为，包括粘度、密度和压力的变化等，从而构建出一个连续的流体物理模型。

离散元法也有其局限性，如：1. 由于它是基于有限单元的，这意味着一些复杂的流场的表示可能不够精确；2. 对于较大的场地尺寸，模型中的单元会非常多，因此计算量会很大，需要占用较多的计算资源;3. 由于它模拟连续物理模型，它计算出来的结果可能过度准确，可能会影响到模型的表现，因此需要进行参数调整来获得合适的结果。

总而言之，计算流体力学-离散单元法是一种十分常用的数值分析方法，它由于采用有限元技术，模型计算出来的数据不受场地尺寸、复杂曲面及网格影响，可以计算复杂场景，故用于流体力学分析中非常有用。

颗粒流动力学中的离散元法与多尺度模拟

颗粒流动力学中的离散元法与多尺度模拟颗粒流动力学是研究颗粒物质在流体中的运动行为的一门学科。

离散元法（DEM）和多尺度模拟是在颗粒流动力学中常用的两种数值模拟方法。

本文将对这两种方法进行介绍和比较。

离散元法是一种基于颗粒间相互作用力的模拟方法。

它将颗粒视为离散的个体，并考虑颗粒之间的相互作用力。

通过计算颗粒间的碰撞和相互作用力，可以模拟颗粒在流体中的运动行为。

离散元法适用于颗粒数量较少、颗粒尺寸较大的情况。

它可以模拟颗粒的运动轨迹、速度、位移等参数，并可以考虑颗粒间的碰撞、摩擦、粘聚等复杂相互作用。

离散元法在颗粒流动力学研究中得到了广泛应用，例如在颗粒物料输送、颗粒填充和颗粒堆积等领域。

多尺度模拟是一种将颗粒流动力学问题分解为不同尺度的模拟方法。

它将颗粒流动问题划分为宏观尺度和微观尺度两个层次，分别进行模拟。

在宏观尺度上，多尺度模拟采用连续介质力学方法，将颗粒流动问题视为流体力学问题进行模拟。

在微观尺度上，多尺度模拟采用离散元法或分子动力学方法，模拟颗粒间的相互作用力和粒子的运动行为。

通过将宏观尺度和微观尺度的模拟结果进行耦合，可以得到更准确的颗粒流动行为。

多尺度模拟适用于颗粒数量较多、颗粒尺寸较小的情况。

它可以模拟颗粒的分布、浓度、速度场等参数，并可以考虑颗粒间的相互作用、流体力学效应等因素。

多尺度模拟在颗粒流动力学研究中具有重要的应用价值，例如在颗粒混合、颗粒分散和颗粒输送等领域。

离散元法和多尺度模拟在颗粒流动力学中各有优势和适用范围。

离散元法适用于颗粒数量较少、颗粒尺寸较大的情况，可以考虑颗粒间的复杂相互作用。

多尺度模拟适用于颗粒数量较多、颗粒尺寸较小的情况，可以考虑颗粒间的流体力学效应。

在实际应用中，选择合适的数值模拟方法需要考虑问题的尺度、颗粒特性和求解精度等因素。

如果问题涉及到颗粒间的碰撞、摩擦等复杂相互作用，离散元法是一个较好的选择。

如果问题涉及到颗粒间的流体力学效应、颗粒分散等因素，多尺度模拟是一个较好的选择。

考虑颗粒破碎的粗粒土一维压缩试验离散元模拟

考虑颗粒破碎的粗粒土一维压缩试验离散元模拟
吴远亮;徐宇冉;姬静;石汉生
【期刊名称】《广东土木与建筑》
【年(卷),期】2022(29)3
【摘要】离散单元法被广泛地应用于颗粒破碎的问题研究中。

利用离散元软件PFC-2D对粗粒土一维压缩试验进行数值模拟,可视化压缩过程中颗粒破碎情况和
破碎规律。

模拟得到了粗粒土一维压缩的log e-logσ曲线,探究初始粒径尺寸、颗粒间摩擦系数、颗粒破碎情况、颗粒破碎准则对于压缩特性的影响。

随着初始粒径的增大,压缩系数增大,而屈服应力明显减小;随着颗粒间摩擦系数的增大,压缩系数增大,屈服应力减小;颗粒破碎情况对压缩曲线特性基本无影响;随着破碎准则中分维D 的增大,压缩系数增大,屈服应力略有减小。

考虑颗粒破碎的粗粒土一维压缩试验离
散元模拟为研究压缩曲线的压缩特性提供了新方法,是对室内一维压缩试验的补充。

【总页数】4页(P4-7)
【作者】吴远亮;徐宇冉;姬静;石汉生
【作者单位】广东省建筑设计研究院有限公司;上海交通大学土木系
【正文语种】中文
【中图分类】TU470.3
【相关文献】
1.基于离散元理论的粗粒土三轴试验细观模拟
2.高应力下粗粒土颗粒破碎单向压缩试验研究
3.考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验离散元模拟
4.粗粒土大型直剪试验宏细观研究与离散元模拟
5.粗粒土大型直剪试验的二维离散元模拟
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基于离散单元法颗粒阻尼的耗能研究

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在单向压缩状态下的破碎行为进行数值模拟，基于拟水平均匀试验对球形颗粒破碎能耗和破碎概率进
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学工程等领域＿２＋，众多学者和工程师用其模拟分析颗粒系统的粒子流动、颗粒剪切效果和颗粒的填
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・
４８・
有色金属（选矿部分）
２０１３年第１期
离散单元法在单颗粒物料单向压缩下பைடு நூலகம்能耗研究
母福生，栗慧，熊宏志
（中南大学机电工程学院，长沙４１００８３）
摘要：采用拟水平均匀设计方法，建立压板冲击速度、齿板厚度及上下两齿间水平距离三个因素的试验方案。结合
ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ
物料破碎广泛应用于矿山、冶金、建筑、化工、交通等行业。破碎作为物料加工的第一道工序
耗电量占到选矿厂总耗电量的５０％以上，因此深入研究物料破碎能耗有着重要意义ｌ１］。目前，离散元疗法越来越广泛地应用于岩土力学、矿物工程、化
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌ ’ ｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｐｓｅｕｄｏｌｅｖｅｌｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔ；ｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ；ｂｒｏｋｅｎ
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７１ — ９４９２（２０１３）Ｏ１ — ００４８ — ０５
ＴｈｅＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｆＳｉｎｇｌｅＧｒａｉｎＭａｔｅｒｉａｌＢｒｅａｋａｇｅｏｆＵｎｉａｘｉａｌＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
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ＵｓｉｎｇＤｉｓｃｒｅｔｅＥｌｅｍｅｎｔＭｅｔｈｏｄ
ＭＵＦｕｓｈｅｎｇ，ＬＩＨｕｉ，ＸＩＯＮＧＨｏｎｇｚｈｉ
（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ
离散元分析软件ＥＤＥＭ对单颗粒物料在单向压缩状态下的能耗及破碎概率进行数值模拟，并使用ＭＡＴＬＡＢ对数值模拟结果进行回归分析，得到各因素对能耗及破碎概率的影响次序，为破碎机能耗计算提供依据。
关键词：离散单元法；拟水平均匀试验；能耗；破碎概率
中图分类号：ＴＤ４５１