摘要：三轴试验离散元模拟是探究砂土等岩土材料变形破坏机制的一种重要手段,合理地模拟侧向边界是三轴试验离散元模拟的一个重要环节。基于有限差分法(finite difference method,简称FDM)-离散元法(discrete element method,简称DEM)FDM-DEM耦合开展了柔性侧向边界条件下砂土三轴固结排水和不排水试验的数值模拟,并与相应的刚性侧向边界三轴数值试验进行了对比分析。结果表明:相比刚性侧向边界,基于FDM-DEM耦合的柔性侧向边界三轴试验能更好地再现室内砂土三轴试样的宏观力学响应和微观颗粒运动学特征;对于所模拟的砂土三轴固结排水试验,柔性侧向边界试样峰值强度后的应变软化和剪胀性明显弱于刚性侧向边界试样;对于所模拟的砂土三轴固结不排水试验,当轴向应变较大时,柔性侧向边界试样的偏应力小于刚性侧向边界试样,且产生绝对值较小的负孔压;三轴固结不排水试验中,当轴向应变较大时,柔性侧向边界对试样的约束和支撑作用弱于刚性侧向边界,其力链的稳定性较低,力链屈曲数较多,剪切带形成较早,故其各向异性和偏应力均较低。

摘要：[目的]针对目前烟丝颗粒仿真中离散元接触参数缺乏、破碎模型空缺的问题,进行烟丝接触参数标定,构建烟丝破碎模型,并进行破碎参数标定。[方法]以烟丝为研究对象,构建烟丝离散元接触模型,结合Plackett-Burman试验设计和Box-Behnken试验设计确定烟丝各项物理参数,其中烟丝颗粒泊松比、烟丝间恢复系数、烟丝间静摩擦系数、烟丝间滚动摩擦系数、烟丝与设备恢复系数、烟丝与设备静摩擦系数、烟丝与设备动摩擦系数及烟丝剪切模量的最优值分别为0.35,0.35,0.49,0.03,0.35,0.44,0.12,5.75×10^(6)Pa;构建烟丝破碎模型,通过重球跌落试验标定破碎模型的主要参数,其中黏结半径0.216 mm、单位法向刚度4.62×10^(10)N·m^(-3)、单位切向刚度1.62×10^(10)N·m^(-3)、临界法向力5.10×10^(10)Pa、临界切向力1.89×10^(10)Pa,并通过单轴压缩试验进一步验证破碎参数的有效性。[结果]在烟丝离散元接触参数标定中,数值模拟与试验结果相对误差平均值为2.9%,烟丝离散元接触参数标定精确;在烟丝破碎模型的参数标定中,重球跌落的数值模拟与试验结果相对误差平均值为0.82%,单轴压缩的数值模拟与试验结果相对误差平均值为4.53%,烟丝破碎模型可靠。[结论]研究结果可为探究烟丝造碎提供有效模型参考。

摘要：【目的】明确影响砂砾土堆积角形成的关键因素,分析Johnson-Kendall-Roberts(JKR)表面能、碰撞恢复系数、静摩擦、滚动摩擦系数等因素对砂砾土堆积角的影响,实现对砂砾土堆积角的精确预测。【方法】使用Box-Behnken中心组合设计试验方案,采用Generic EDEM material model database(GEMM)数据库获取仿真试验关键参数;基于Hertz-Mindlin with JKR接触模型对砂砾土进行堆积角仿真试验;利用MATLAB函数曲线读取堆积形态轮廓线的边界颗粒坐标,拟合堆积斜面轮廓线。【结果】实际最优因素参数组合为砂砾土颗粒间JKR表面能、滚动摩擦系数、静摩擦系数和恢复系数,分别为0.05 J/m^(2)、0.1、0.39、0.45;EDEM仿真试验所得砂砾土堆积角为35.41°,与堆积角测量值(35.11°)误差为0.854%,且颗粒堆积形态无明显差异。【结论】砂砾土颗粒的JKR表面能和滚动摩擦系数是影响堆积角的重要因素。

摘要：在深入研究复杂结构和非均质材料冲击响应和破坏机理的过程中,往往遇到多尺度计算问题。本文尝试建立三维离散元与壳体有限元结合的多尺度方法用于处理圆柱壳问题,该方法采用三维离散元对感兴趣的局域进行局部模拟,利用平板壳体有限元进行整体模拟,采用一种特殊的过渡层使离散元区和有限元区能很好的衔接。我们将这一方法应用于激光辐照下充压柱壳的热/力耦合冲击破坏响应,得到的模拟结果与文献报道有较好的吻合。

摘要：不同结构形式的破土切根刀作业性能差异较大,为更好的打破草地土壤板结结构,对破土切根刀进行了结构设计与参数优化。应用离散元法构建土壤模型,并通过直剪试验对该模型进行参数标定;以破土切根刀的刃口角、滑切角及切齿角为试验因素,以耕作阻力、土壤扰动失效面积及比阻为目标参数,进行单因素试验和三因素五水平二次正交旋转中心组合设计试验,得到最优结构参数组合并加工优化破土切根刀进行草地试验。参数优化试验结果显示,当刃口角为37.8°、滑切角为33.6°、切齿角为51.8°时,破土切根刀作业效果最佳;草地试验表明,与三角形破土切根刀相比,优化破土切根刀在不同坚实度草地土壤的减阻率分别为11.8%和12.8%,作业后地表平整度更小且未出现明显翻垡,更符合草地作业农艺要求。研究结果可为破土切根刀的标准化设计提供理论依据。

摘要：种子玉米在剥皮过程中存在大量的籽粒破碎、脱落等损失问题,严重影响种子玉米的单产与经济效益。因此,本研究采用理论分析、离散元仿真与正交试验相结合的方法,探究种子玉米果穗与剥皮机构的互作机理,确定剥皮机构的最优工作参数组合以优化种子玉米剥皮过程。首先,对种子玉米果穗在剥皮机构中的受力及运动进行了理论分析,探究了在剥皮过程中剥皮机构-种子玉米的相互作用关系,并确定了影响剥皮性能的主要因素。其次,基于DEM建立种子玉米果穗-剥皮机构相互作用仿真模型,通过对玉米果穗籽粒损伤及脱落分析,确定了剥皮辊转速、剥皮辊倾角和摆杆摆幅的较优工作范围。最后,根据Box-Behnken设计方法,设计了三因素三水平的正交试验,通过方差分析和响应面分析,筛选出种子玉米剥皮机构的最佳工作参数组合:剥皮辊转速为300 r/min,剥皮辊倾角为10°,摆杆摆动幅度为5°,此时苞叶剥离率为94.13%,籽粒脱落率为1.564%,籽粒破碎率为1.292%。试验获得的剥皮装置的最优工作参数组合,明显提高了种子玉米的剥皮效果。

摘要：目前基于构件设计的基坑设计理论使得很多支护体系缺乏必要的冗余度,并导致了众多基坑事故。将离散元方法引入到基坑垮塌模拟和冗余度研究中,提出了基于局部破坏的冗余度分析模拟方法。进而以探究支撑端部连接对支护结构冗余度的影响为例,对两种连接情况的基坑的破坏过程进行了模拟,对其中的连续破坏现象进行了分析,并将模拟结果与实际工程进行了对比。结果表明,支护体系冗余度的提高可以有效地抵抗连续破坏的发生,防止基坑在局部损伤情况下,由一种形式的破坏引发其他形式的破坏,由局部破坏导致整体崩溃。另外,模拟结果也验证了离散元法在基坑破坏模拟中的适用性与可行性,为类似地下工程的破坏模拟和基坑冗余度的深入研究提供了参考。

摘要：研究目的:在开展基于离散元的盾构-砂卵石相互作用仿真分析中,存在实际砂卵石参数与离散元模拟参数不匹配问题,为解决此问题,需要对沈阳地铁3号线甘官站—千岛湖街站区间(简称“甘千区间”)实际施工地层的砂卵石进行物理试验和仿真试验,以堆积角为响应值,分别进行Plackett-Burman试验设计和Box-Behnken试验设计,标定离散元仿真分析所需的仿真参数,为盾构-砂卵石相互作用仿真分析提供依据。研究结论:(1)物理试验得到砂卵石粒度分布、密度1719 kg/m^(3)、堆积角38.68°;(2)Plackett-Burman试验设计,筛选出对砂卵石堆积角影响显著因素为:砂卵石-砂卵石静摩擦系数、砂卵石-砂卵石滚动摩擦系数、砂卵石-盾构机滚动摩擦系数;(3)通过Box-Behnken试验设计,建立堆积角与显著性因素之间的回归模型,反演出最佳仿真参数为:砂卵石-砂卵石静摩擦系数0.599、砂卵石-砂卵石滚动摩擦系数0.195、砂卵石-盾构机滚动摩擦系数0.033;(4)本研究成果可应用于盾构机离散元仿真分析。

摘要：为了提高玉米分层施肥的比例分肥精度以及肥层间覆土的稳定性,设计了一种肥料流重构的分层施肥装置,利用离散元法确定了圆弧散肥板半径的最佳值为20 mm,并进行了肥料流重构与未重构的对比试验,试验结果表明:经过肥料流重构后的作业效果较优,且对7∶3和8∶2两种比例分肥有较好的稳定性。通过对分层施肥开沟运动学分析,确定开沟器入土角、浅层肥口的横向距离和机具作业速度为分层施肥效果的影响因素,建立了各因素与深、浅层肥深度变异系数的回归模型,并采用响应面法分析了各因素交互作用对试验指标的影响,运用多目标优化设计方法获得分层施肥装置的最佳作业参数:入土角为39°、横向距离为174 mm、作业速度为4.3 km/h,根据优化结果加工分层施肥装置并进行田间试验,试验结果表明:深层肥深度变异系数为4.78%,浅层肥深度变异系数为6.41%,分层施肥作业稳定性可靠。

摘要：针对荸荠深加工中机械去皮、切块等技术与装备研发缺乏离散元仿真模型与参数、难以通过仿真指导装置设计与优化的问题,该研究开展了荸荠的离散元参数标定与试验研究。借助三维扫描逆向建模技术获得荸荠轮廓,通过物理试验测得其本征参数和基本接触参数,通过质构仪测得刀片对荸荠的最大剪切力为67.2 N。应用Hertz-Mindlin with bonding模型对荸荠进行建模,以最大剪切力为评价指标,对粘结参数进行虚拟标定试验,采用二水平析因试验和最陡爬坡试验筛选显著性因素,通过响应面法设计试验和优化求解,并进行仿真验证。结果显示,仿真值和实测最大剪切力相对误差为0.89%。进行不同刀片的剪切试验,结果表明,仿真值与实测最大剪切力相对误差不高于7.41%。研究结果表明,该研究所建荸荠模型与参数标定结果可用于离散元仿真研究,对荸荠去皮、切块加工装置设计具有指导意义。