典型剛散耦合振動系統(tǒng)的多尺度動力學(xué)研究.pdf

1、顆粒物質(zhì)是自然界中最常見的物質(zhì)形態(tài)，也是人類賴于生存的主要物質(zhì)形式。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年需要利用各類機(jī)械對數(shù)百億噸的各種顆粒物，包括自然界的礦物，以及人類生產(chǎn)生活中的固體廢棄物，進(jìn)行開采、運(yùn)輸、加工、分選及儲存等處理，其總能耗占全球總能耗的10％以上，屬重點(diǎn)高能耗領(lǐng)域。此外，機(jī)械-顆粒相互作用是一種有效的振動控制手段，而機(jī)械-顆粒-人體相互作用技術(shù)則有望發(fā)展成為一類具有特殊療效的康復(fù)醫(yī)療設(shè)備。因此，建立一種綜合考慮剛體（機(jī)械）與散體（顆粒

2、）相互作用的建模分析方法，不僅有助于加深對顆粒物質(zhì)本質(zhì)規(guī)律的認(rèn)識，也將促進(jìn)新裝備開發(fā)、節(jié)能減排的實(shí)施與和諧社會建設(shè)。本文在此方面進(jìn)行了初步探索，主要成果進(jìn)展如下：
　　1)、對PF3D離散元分析軟件進(jìn)行二次開發(fā)，建立了剛散耦合振動系統(tǒng)的仿真平臺。
　　2)、對顆粒減振的機(jī)理進(jìn)行了研究。隨體顆粒減振器的研究發(fā)現(xiàn)：顆粒以碰撞摩擦增強(qiáng)了阻尼，并與附加質(zhì)量效應(yīng)一起降低了系統(tǒng)的固有頻率；當(dāng)減振器為單段圓柱形，且顆粒密度越大、粒度越小、

3、填充率為60.0%左右時，減振效果越好；而對活塞式顆粒減振器的研究發(fā)現(xiàn)：顆粒層強(qiáng)力鏈的形成增大了系統(tǒng)的固有頻率，且顆粒彈性模量越大、粒度越大、活塞桿為平頭且插入深度越深時，減振效果越突出。
　　3)、對顆粒振動康復(fù)訓(xùn)練器進(jìn)行研究，初步獲得了振動顆粒層按摩的力學(xué)機(jī)制，以及主要參數(shù)對傷口按摩強(qiáng)度的影響規(guī)律，并經(jīng)臨床實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了訓(xùn)練器在促進(jìn)傷口周圍組織血液循環(huán)，降低其對外界刺激的敏感度等有益療效。
　　4)、對振動磨機(jī)的剛散耦合過

4、程的研究發(fā)現(xiàn)，中心剛體的引入，改善了傳統(tǒng)振動磨腔內(nèi)沖擊能量的分布，且當(dāng)其位于磨筒中心適度靠上位置時，均化增強(qiáng)效果更佳。
　　5)、對立磨磨輥軸垂面內(nèi)的剛散耦合動力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)：顆粒層沿厚度方向分為上部滑移區(qū)、下部擠壓破碎區(qū)以及中部臨界過渡區(qū)。
　　位于松散顆粒層下部的顆粒群因嚙角小于摩擦角，形成穿透整個料層的強(qiáng)力鏈，從而依次經(jīng)歷密實(shí)-嚙角變小-力鏈強(qiáng)化-料層破碎過程；而位于松散顆粒層上部的顆粒群因嚙角大于摩擦角而不能形成穿透