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工程流体力学中的悬浮颗粒物运动模拟研究悬浮颗粒物在工程流体中的运动模拟研究是工程流体力学领域的重要课题之一。
随着计算机技术的发展和数值模拟方法的成熟，研究人员可以通过数值模拟来了解悬浮颗粒物在工程流体力学中的行为，从而为实际工程应用提供理论依据和技术支持。
悬浮颗粒物的运动模拟可以通过流体力学和颗粒力学相结合的方法来实现。
这种方法通常称为欧拉－拉格朗日法，即将流体作为连续介质来描述，并用Navier-Stokes方程组来模拟流体流动；同时，将颗粒物作为离散物体，并通过牛顿第二定律来描述其受力和运动。
通过求解Navier-Stokes方程组和颗粒物运动方程，可以计算出悬浮颗粒物在工程流体中的运动轨迹、速度、压力等参数。
在进行悬浮颗粒物运动模拟研究时，需要考虑一系列因素，如颗粒物的物理性质、流体的流动性质、颗粒物之间的相互作用等。
首先，颗粒物的物理性质包括颗粒粒径、密度、形状等，这些参数对颗粒物运动的速度和轨迹都有重要影响；其次，流体的流动性质包括流速、粘性、密度等，这些参数决定了颗粒物在流体中的受力情况；最后，颗粒物之间的相互作用则影响颗粒物的聚集和分散行为，直接影响到颗粒物的整体运动。
悬浮颗粒物运动模拟研究在多个工程领域具有广泛应用。
在环境工程领域，可以通过模拟颗粒物在气流中的运动来研究大气扩散和颗粒物污染物的输送；在石油工程领域，可以模拟颗粒物在油井中的运动来研究油气产能和油井堵塞等问题；在化工工程领域，可以模拟颗粒物在流体中的运动来研究颗粒物的分离和混合等过程。
当前，研究人员在悬浮颗粒物运动模拟方面面临一些挑战和难题。
首先，悬浮颗粒物的运动是一个多尺度和多物理过程耦合的问题，需要建立合适的数值模型和求解方法；其次，悬浮颗粒物的运动受到流动的影响，需要考虑颗粒物与流体之间的相互作用；最后，大规模悬浮颗粒物运动模拟需要高性能计算资源的支持，需要开发高效的并行计算算法。
为了解决这些问题，研究人员采用了各种方法和技术。
第23卷 第6期爆炸与冲击Vol.23,No.6 2003年11月EXPLOSION AND SHOCK WAV ES Nov., 2003 文章编号:100121455(2003)0620545206弹体贯穿钢筋混凝土数值模拟Ξ武海军1,黄风雷1,金乾坤2,张庆明1(1.北京理工大学爆炸与安全科学国家重点实验室,北京 100081;2.北京理工大学软件技术开发有限公司,北京 100081) 摘要:详细描述了依据损伤原理建立的连续损伤模型,并对该模型进行了改进。
在L S2D YNA程序用户自定义材料模型中加入改进的连续损伤模型,并对弹体侵彻钢筋混凝土的穿孔过程进行了数值模拟,其结果与实验结果相吻合,模型可以用于钢筋混凝土的动态破坏预报。
关键词:固体力学;贯穿;连续损伤模型;钢筋混凝土;数值模拟 中图分类号:O346.5 国标学科代码:130・1540 文献标志码:A1 引 言 钢筋混凝土作为一种重要的建筑和防护材料,被广泛地应用于军事与民用领域。
当弹丸穿透钢筋混凝土靶后,靶板破坏严重,在靶的背面形成比正面大的弹坑,此时钢筋混凝土靶的断裂破坏有两种形式:靶表面部分由于稀疏波引起的层裂和中间部分由于剪切和挤压引起的断裂破碎。
侵彻过程及弹坑形状与靶厚度、弹丸头部几何形状和撞击速度有关。
对于很厚的靶板,穿深过程起主导作用,关于这点, V.K.Luk等[1～2]作出了满意的解答。
从S.J.Hanchak等[3]的钢筋混凝土侵彻实验中可以清楚地观察到上述的破坏形式。
因此要得到钢筋混凝土穿孔的理想结果,必须考虑混凝土的拉伸破坏。
近年来,人们对混凝土本构关系进行了大量研究。
由于Johnson2Cook模型能够较好地描述混凝土的断裂破坏,目前国内多采用此模型[4]。
T.J.Holmquist等[5]利用Ottosen模型,并考虑了应变率的影响,研究了混凝土的动态冲击过程。
E.P.Chen[6]将连续损伤模型引入混凝土材料的动态响应,也较好地描述了混凝土的动态冲击特性。
第４期邓吉平．等爆炸驱动球形破片飞散的数值模拟９７钢球，在对称面上施加了相应的约束．采用Ｉｒａ—ｇｒａｎｇｅ算法，计算中单元类型均选用８节点实体单元ｓｏｌｉｄｌ６４．有限元模型如图１所示．图１弹体有限元模型１．２材料模型及参数该弹丸在数值模拟时涉及的材料包括：炸药、钢和硬铝合金．对于炸药材料‘４３采用高能炸药材料模型和ＪｗＩ．状态方程描述．内衬和端盖选用钢材料［５］。
采用Ｊｏｈｎｓｏｎ—Ｃｏｏｋ模型；状态方程为Ｇｒｕｎｅｉｓｅｎ状态方程．蒙皮采用硬铝合金ＬＹ－１２ｃｚ［６］，用塑性随动模型ＭＡＴ—ＰＬＡＳＴＩＣ－ＫＩＮＥＭＡＴＩＣ进行模拟．钢球破片采用刚性材料模型ＭＡＴ—ＲＩＧＩＤ，钢球破片的密度为７．８５ｇ／ｃｍａ，弹性模量为２１０ＧＰａ，泊松比为０．３．炸药和铝合金材料参数及状态方程参数如表１、表２所示．表中，｜０为密度；Ｄ为爆速；Ｐ。
Ｉ为爆轰压力；Ａ，Ｂ，Ｒ。
，Ｒ！，叫为材料参数；Ｅ０为单位体积初始内能；砜为初始相对体积；Ｅ为弹性模量；肚为泊松比弧为屈服极限；Ｅ：为切线模量；ｈ为硬化参数．￡ｆ为失效应变．表１ＴＮＴ炸药的爆炸性能及状态方程参数１．３计算结果分析图２为弹丸在炸药中心起爆后钢球破片的飞散过程．结合文献［７，８］分析，上述弹丸破片的飞散情况良好，在中心起爆的情况下，破片沿径向均匀飞散．弹丸破片的飞散速度直接决定了破片的杀伤动能．图３为破片的速度历程曲线．图中，节点Ａ～Ｅ分别取自弹丸不同位置的破片．（ｃ）ｔ＝２４．９８７ｐ．ｓ图２破片驱动过程图３破片速度历程曲线将上面计算所得的破片初速与文献［－３－１的实验结果进行对比，如表３所示，妒为实验中各靶到弹丸中心连线与弹轴形成的夹角．表３钢球破片的初速分布序号由图３可知，其破片初速大致分布在ｌ３３０～１６７０ｍ／ｓ之间，只相差８％左右。
从而说明本文建立的有限元计算模型是合理的．在弹丸设计中，破片飞散角也是极为重要的，它直接关系到破片飞散密度的大小，以及对于打击目标是否有足够的杀伤概率．图４为计算所得的静态９８弹道学报第２０卷飞散角ａ，图上节点取自不同位置破片．图４轴向不同位置破片的飞散角由图４可以看出，沿轴向不同位置破片的飞散角有所不同。
10.3969/j.i s s n.1008-5548.2013.03.003基于C FD-D EM耦合的径向移动床反应器数值模拟吴臻刘雪东黄令军常州大学机械工程学院，江苏常州213016摘要：针对径向移动床反应器内颗粒及流体分布不均的问题，采用计算流体力学(CFD)-离散单元法(D E M)耦合的方法，对6种不同开口面积和分布形式的中心管的移动床反应器内的颗粒与流体的运动行为进行数值模拟，分析反应器内部气体流场特性及颗粒运动特性的变化。
结果表明，开孔面积与进口面积的适宜比例为0.8～1.12，最优比为0.96；改变中心管两端开孔的分布能使流场均布，避免端效应的产生。
计算流体力学-离散单元法耦合；移动床反应器；数值模拟TQ132A1008-5548(2013)03-0009-05N um e r i ca l Si m ul at i on of Radi a l Fl owM ovi ng-be d Re a c t or U s i ng CFD-D EMC oupl i ng A ppr oac hW U Zh e n L I U X uedong H U A N G Li ngj unS c hool of M e c ha ni ca l Engi ne er i ng,C hangzhou U ni ver si t y,C hangzhou213016,Chi naA bs t r act:The fl ow behavi or of par t i cl es and f l ui d i n radi al f l owm ovi ng-bed r eact or w i t h6cent er pi pes of di ff erent open ar ea anddi s t r i but i on f or m s w er e s i m ul a t e d usi ng C FD-D E M coupl i ng m e t hod duet o t h ei r uneve n di st r i but i on.T he chang i ng char act er i st i s of gas f l ow f i el dand par t i cl e m ovem ent w er e anal yzed.The r es ul t s s how t hat t heapp r o pr i at e r a t i o o f o pen i ng h ol e ar e a and i m por t ar e a i s bet ween0.8and1.12,an d t he op t i m al r at i o i s0.96.Changi ng t he di st r i but i on of t he o penhol es on c ent er pi pe e nds c a n uni f or m t he f l ow f i e l d and a voi d t heocc ur r enc e of e nd ef f e ct.K ey w or ds:C FD-DEM coupl i ng;m ovi ng-bed r eact or;num er i cals i m ul at i on2012-11-052012-11-18第一作者简介：吴臻（1988-），男，硕士研究生，研究方向为化工过程机械、粉体工程技术及应用。
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。
离散元数值模型对颗粒颗粒摩擦力仿真摘要：离散元数值模型（DEM）是一种用于模拟颗粒颗粒间相互作用的数值模型。
在DEM模型中，粒子被视为离散的实体，通过考虑颗粒颗粒之间的力学相互作用来模拟实际颗粒体系的动力学行为。
本文讨论了DEM模型在颗粒颗粒摩擦力仿真中的应用，并介绍了一些常用的方法和技术。
1. 引言离散元数值模型是一种基于颗粒间力学相互作用的数值模拟方法。
它广泛应用于颗粒流动、颗粒堆积、颗粒颗粒碰撞等领域。
颗粒颗粒摩擦力是DEM模型中的一个重要参数，它对颗粒系统的力学行为具有重要影响。
2. DEM模型简介DEM模型将颗粒视为离散的实体，通过求解颗粒间的力学相互作用来模拟实际颗粒体系的运动。
在DEM模型中，每个颗粒被建模为具有质量、形状和位置的刚体。
力学相互作用包括弹性力、摩擦力、粘聚力等。
3. 颗粒颗粒摩擦力模型颗粒颗粒之间的摩擦力是DEM模型中的一个重要参数。
颗粒颗粒间的摩擦力可以通过多种方式建模，常见的方法包括：- 接触力模型：常用的接触力模型包括线性弹簧-阻尼模型、Mohr-Coulomb模型等。
这些模型通过使用弹簧和阻尼元件来模拟颗粒颗粒之间的摩擦力。
- 离散元模型：离散元模型通过将颗粒视为离散的刚体，使用力学相互作用来模拟颗粒颗粒之间的碰撞和摩擦。
- 其他模型：还有一些其他的方法可以用于建模颗粒颗粒之间的摩擦力，例如基于颗粒形状的模型、基于接触表面特征的模型等。
4. DEM模型在颗粒颗粒摩擦力仿真中的应用DEM模型在颗粒颗粒摩擦力仿真中有广泛的应用。
它可以用于研究颗粒颗粒之间的摩擦力对颗粒流动、颗粒堆积等行为的影响。
DEM模型可以提供关于颗粒流动性质、颗粒堆积形态等方面的定量信息。
5. DEM模型中摩擦力参数的确定在使用DEM模型进行颗粒颗粒摩擦力仿真时，摩擦力参数的确定是一个重要的问题。
常见的方法包括实验测定、摩擦力系数调整等。
实验测定方法可以通过直接测量颗粒颗粒之间的摩擦力来获得参数值。
软式空中加油系统鞭甩现象多体动力学分析作者：赵振军谭兴宇史晓军张昌荣郭鹏来源：《振动工程学报》2024年第04期摘要软管‑锥套式空中加油系统的柔性结构经常发生不同程度的软管鞭甩现象，极大影响空中加油任务的安全性。
基于柔性多体动力学，建立了空中加油系统动力学模型，其中，利用基于任意拉格朗日‑欧拉描述方式和绝对结点坐标法的索/梁模型描述管线的大变形、大范围运动以及软管收放，并对空中加油系统受到的气动力进行建模，建立的模型能够反映加油机和受油机运动、软管和锥套的变形与气动力的耦合影响。
基于建立的空中加油系统动力学模型，复现飞行状态下的软管鞭甩现象，获得了鞭甩现象的形成机理。
研究表明，对接冲击下，软管平衡状态改变所形成的剪切波向后传播与反射是鞭甩现象产生的主要原因。
通过多工况计算结果，分析了软管刚度、对接速度、Ma数各因素对鞭甩现象引起的软管剪切力、纵波与剪切波传播速度的影响规律，并分别分析了软管收放控制和加缓冲的受油插头两种措施对鞭甩现象振动抑制的有效性。
关键词多体动力学; 空中加油; 鞭甩现象; 软管‑锥套组合体引言空中加油是飞行器在不着陆情况下，实现燃油快速补给、提升战机滞空时间、及时投入战场作战的主要技术手段。
根据加油管路方案的不同，空中加油可以分为软管式加油和硬管式加油两种方式［1］，中国主要采用软管式加油方式。
软管是一根长达数十米的柔性体，在对接过程中受到多种内外部干扰因素影响，比如加油对接操纵方式、软管柔性材料、飞行Ma数、加油机尾流、姿态变化、受油机头波等［2］。
软管鞭甩现象是造成空中加油失败的主要原因之一［3］，在空中加油的对接和输油阶段，受油机高速对接引起软管松弛，有可能发生软管鞭甩现象，轻则导致加油行动失败，重则使受油机受损、危及飞行安全。
因此，深刻揭示软管鞭甩现象的内在机理，提出有效的抑制/解决措施，对于提高空中加油的安全性、可靠性具有十分重要的意义。
对空中加油管线系统动力学建模方法主要有两种：多刚体动力学链式模型、有限元梁/索模型。
