顆粒振動(dòng)高密度堆積的數(shù)值模擬研究.pdf

1、在本文中采用離散元方法，數(shù)值模擬了單一尺寸球在三維振動(dòng)條件下的堆積。其目的是實(shí)現(xiàn)高堆積密度，表征其形成的致密結(jié)構(gòu)，并最終確定硬球結(jié)晶機(jī)理。
　　 在三維間歇振動(dòng)和批量加料條件下，使用DEM模型研究了2500個(gè)直徑為1厘米玻璃球的堆積。通過適當(dāng)選擇振動(dòng)參數(shù)如振動(dòng)振幅A和振動(dòng)頻率ω，可以實(shí)現(xiàn)堆積密度0.728的高密度堆積，它是比最大隨機(jī)緊密堆積更致密的堆積。通過宏觀特征如堆積密度ρ、微觀特征如配位數(shù)(CN,Coordination

2、Number)、徑向分布函數(shù)(RDF，Radial Distribution Function)、角分布函數(shù)(ADF，Angle Distribution Function)及Voronoi/Delaunay孔尺寸分布以及伴隨力場(chǎng)和速度場(chǎng)的變化發(fā)現(xiàn)：
　　 (1)可以數(shù)值實(shí)現(xiàn)超越最大無規(guī)密排(ρ≈0.64)的有序結(jié)構(gòu)，堆積密度可達(dá)0.728。
　　 (2)CN和Voronoi/Delaunay分布表明，模擬產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)與隨

3、機(jī)堆積結(jié)構(gòu)有很大不同，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)不論是致密堆積還是松散堆積，其宏觀特征與微觀特征是相互對(duì)應(yīng)的。
　　 (3)RDF和ADF的進(jìn)一步分析證明所獲得的結(jié)構(gòu)并不是純隨機(jī)的，RDF和ADF曲線分布證明了堆積結(jié)構(gòu)無論是在較大距離上還是在特定角度上都存在相關(guān)性，這是有序結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn)。從它們的分布上還發(fā)現(xiàn)一些局部的無序結(jié)構(gòu)，即所謂的缺陷。
　　 (4)孔的尺寸分布呈現(xiàn)出高且窄的主峰，表明孔分布小且均勻。Voronoi曲線有一個(gè)子

4、峰，表明堆積結(jié)構(gòu)中有較大孔存在。
　　 (5)對(duì)致密和松散堆積進(jìn)行了Voronoi多面體的特征分析和對(duì)比。這些特征包括：每個(gè)Voronoi多面體頂點(diǎn)分布，周長(zhǎng)分布，面積分布，面數(shù)分布，體積分布；每個(gè)Voronoi多面體面的邊分布，周長(zhǎng)分布，面積分布。它們與松散結(jié)構(gòu)相比表現(xiàn)很大差距。對(duì)于高密度堆積，它們的分布更趨于均勻，這是有序結(jié)構(gòu)的一個(gè)典型特點(diǎn)。
　　 (6)對(duì)致密和松散堆積進(jìn)行了Delaunay四面體的特征分析和對(duì)比。