基于离散元法的多尺度内聚颗粒模型构建及冲击破碎能耗分析

摘要

在众多机械破碎方式中，冲击破碎能较好的实现选择性破碎，因而被广泛应用于矿山设备中。由于冲击破碎过程是一个短暂而复杂的非线性动态破碎过程，其破碎机理仍不清楚；目前常采用的有限元法只能预测矿石最易破碎区域，难以模拟矿石破碎过程；离散元法常被用于模拟物料在磨机中的运动特征以及静态挤压破碎过程，而采用离散元法构建离散颗粒模型，研究冲击破碎过程机理等方面缺乏全面科学的分析。因此，采用离散元法与实验相结合，通过构建合理矿石颗粒模型，研究颗粒冲击破碎机理具有重要科学意义和实用价值。
　　论文采用实验分析和离散元模拟相结合的方法完成了以下工作：通过双摆锤冲击破碎实验，对矿石破碎后粒度分布及破碎能耗与破碎效果间关系进行了分析；基于离散元分析法，构建了能够用于模拟矿石冲击破碎的多尺度内聚颗粒模型，利用EDEM与 ADAMS耦合仿真对模型进行双摆锤冲击破碎模拟，并通过仿真与实验对比，验证了多尺度内聚颗粒模型的合理性。
　　论文的主要研究成果：
　　(1)通过冲击破碎实验发现，矿石碎后粒度分布整体上具有单峰偏正态分布特性，冲击破碎能越大，粒度分布正态特性也越好；利用高斯拟合建立了矿石破碎后粒度分布函数；根据破碎能耗及其破碎粒度分布情况，采用插值函数建立了破碎能耗与破碎粒度分布间关系，并通过实验验证了插值函数预测破碎效果的可行性。
　　(2)利用E D E M平台开发了颗粒工厂插件和黏结颗粒模型插件，结合矿石力学特性、几何特征及碎后粒度分布等，建立了多尺度内聚颗粒模型；通过EDEM与 ADAMS耦合，实现了双摆锤冲击破碎过程的模拟，并对比冲击破碎实验与仿真的粒度分布结果，对黏结颗粒模型参数(法向刚度、切向刚度、法向临界应力、切向临界应力等)进行了校核。
　　(3)通过冲击破碎模拟发现，多尺度内聚颗粒模型在冲击破碎过程中具有较明显的弹性变形阶段、塑性变形以及断裂破碎阶段；随着冲击破碎能的增加，黏结键数目在单位时间内断裂越迅速，摆锤破碎力也越大；通过分析仿真破碎后粒度分布、冲击破碎能耗与平均粒度关系曲线发现，仿真结果与实验结果具有较好的一致性，进一步验证了多尺度内聚颗粒模型的合理性。
　　通过以上工作表明，论文建立的多尺度内聚颗粒模型对于模拟矿石冲击破碎过程是可行的；采用离散元法模拟矿石冲击破碎具有良好的应用前景。

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第一章绪论

1 .1研究背景及意义

1 .2 国内外研究现状

1.3 EDEM与ADAMS的耦合计算原理简介

1 .4论文主要研究内容

第二章离散元法基本理论及EDEM的二次开发

2 .1 离散元法基本理论

2.2 基 于 EDEM 的二次开发

2 .3 本章小结

第三章双摆锤冲击破碎实验分析

3 .1 实验平台构建及实验方案

3 .2 不同摆锤冲击角破碎实验分析

3 .3 冲击破碎统计分析

3 .4 冲击破碎能耗与破碎效果分析

3 .5 本章小结

第四章基于EDEM的多尺度内聚颗粒模型构建及其参数校核

4 .1 实验矿石力学特性简介

4 .2 基 于 EDEM 的多尺度内聚颗粒模型的构建

4 .3 多尺度内聚颗粒模型参数的校核

4 .4 本章小结

第五章基于多尺度内聚颗粒模型的冲击破碎仿真实验

5 .1 仿真实验方案设计

5 .2 多尺度内聚颗粒模型冲击破碎过程模拟与分析

5 .3 冲击破碎能耗与破碎效果仿真分析

5 .4 本章小结

第六章结论与展望

6 .1 结论

6 .2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果