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(jié)構，并最終確定硬球結(jié)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(jié)構，堆積密度可達0.728。
　　 (2)CN和Voronoi/Delaunay分布表明，模擬產(chǎn)生的結(jié)構與隨

3、機堆積結(jié)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(jié)構并不是純隨機的，RDF和ADF曲線分布證明了堆積結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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。