顆粒振動高密度堆積的數(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條件下的堆積。其目的是實現(xiàn)高堆積密度，表征其形成的致密結構，并最終確定硬球結晶機理。
　　 在三維間歇振動和批量加料條件下，使用DEM模型研究了2500個直徑為1厘米玻璃球的堆積。通過適當選擇振動參數(shù)如振動振幅A和振動頻率ω，可以實現(xiàn)堆積密度0.728的高密度堆積，它是比最大隨機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和速度場的變化發(fā)現(xiàn)：
　　 (1)可以數(shù)值實現(xiàn)超越最大無規(guī)密排(ρ≈0.64)的有序結構，堆積密度可達0.728。
　　 (2)CN和Voronoi/Delaunay分布表明，模擬產生的結構與隨

3、機堆積結構有很大不同，通過對比發(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應的。
　　 (3)RDF和ADF的進一步分析證明所獲得的結構并不是純隨機的，RDF和ADF曲線分布證明了堆積結構無論是在較大距離上還是在特定角度上都存在相關性，這是有序結構所具有的特點。從它們的分布上還發(fā)現(xiàn)一些局部的無序結構，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曲線有一個子

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