Моделирование уплотнения
Моделирование уплотнения — это моделирование сыпучего материала при сжатии до плотного состояния, что достигается за счет уменьшения воздушных пустот. Этот термин также часто используется для обозначения уплотнения с использованием симулятора уплотнения . Это высокопроизводительный программируемый пресс с сервоуправлением для моделирования производственных прессов, обычно в фармацевтической, каталитической, аккумуляторной и магнитной промышленности.
В процесс уплотнения входят три стадии: заполнение или упаковка, уплотнение и выброс. В процессе уплотнения, если давление загрузки увеличивается прямолинейно, сборка порошка проходит три стадии. Прежде всего, частицы заполняют пустоты и устанавливают контакты с соседними частицами. Эту стадию называют стадией перегруппировки. После того, как большинство контактов установлено, началось первоначальное уплотнение. Происходит упругая деформация и пластическая деформация , и давление нагрузки резко возрастает. Третья стадия — разрушение, при котором частицы распадаются на фрагменты.
Метод дискретных элементов (DEM) представляет собой явную численную модель, способную отслеживать движение и взаимодействие отдельных моделируемых частиц. [ 1 ] DEM быстро расширила наше понимание зернистой системы, давая количественные предсказания, а не только качественное описание, и расширила наше понимание ансамблей частиц, предоставляя как микроскопическую, так и макроскопическую информацию. [ 2 ] [ 3 ] Доказано, что DEM имеет большой потенциал в научных задачах и отраслях. [ 4 ] [ 5 ] включая химическое и машиностроение, пищевую промышленность, геонауки и сельское хозяйство.
Поступательное и вращательное движение каждой частицы можно рассчитать по второму закону движения Ньютона . Участвующие силы обычно представляют собой гравитацию частиц и контактные силы между частицами, включая нормальную и тангенциальную силу. Другими силами являются сила Ван-дер-Ваальса и капиллярная сила для системы мелких и влажных частиц соответственно.
Весь процесс моделирования, включающий уплотнение и разрушение, включает четыре стадии: упаковка, уплотнение, релаксация и дробление. В начале этапа упаковки моделируемые частицы генерировались случайным образом в квадратном пространстве и падали под действием силы тяжести с небольшой начальной скоростью, образуя упаковку. Между частицами и стенками нет перекрытий. Затем насадочный слой сжимается моделируемой плоскостью на небольшой скорости, чаще всего ее устанавливают равной 10 д/с. Когда плотность компакта достигает заданного значения, например 0,75, процесс загрузки прекращается и самолет поднимается вверх со скоростью 5д/с. Стадия уплотнения заканчивается, когда верхняя плоскость покидает самую высокую частицу. В недавних исследованиях на стадиях уплотнения и уплотнения использовались периодические границы, чтобы исключить влияние стенок.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кандалл, Пенсильвания и ODL Strack, Дискретная числовая модель для гранулированных сборок. Геотехника, 1979. 29(1): с. 47–65.
- ^ HJ Herrmann, J.-PH и S. Luding., Физика сухих гранулированных сред - NATO ASI Series E 350. 1998, Дордрехт: Kluwer Acad. Опубл.
- ^ П.А. Вермеер, С.Д., В. Элерс, Х.Дж. Херрманн, С. Лудинг и Э. Рамм, Непрерывное и прерывистое моделирование когезионных фрикционных материалов. 2001, Берлин: Шпрингер.
- ^ Ода, М. и Х. Казама, Микроструктура полос сдвига и ее связь с механизмами расширения и разрушения плотных зернистых грунтов. Геотехника, 1998. 48(4): с. 465–481.
- ^ Торнтон, К., Численное моделирование девиаторной сдвиговой деформации зернистых сред. Геотехника, 2000. 50(1): с. 43–53.