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了解使用离散元方法 (DEM) 的粒子破损方法如何增强工业应用仿真的真实感。

 

精确粒子破损模拟的重要性

准确的颗粒破损模拟在采矿、制药、建筑和食品加工等许多行业中都至关重要。准确模拟颗粒破损的能力可以深入了解材料在机械应力下的行为,从而提高效率、产品质量并节省成本。它的重要性有一些原因:

  • 优化工业流程。它通过预测颗粒在特定条件下的破碎方式,帮助优化研磨、破碎和研磨等工艺。
  • 降低成本和能源消耗。破损模拟允许行业微调设备设置,以更低的能耗和更低的运营成本实现预期的结果。
  • 产品质量提升。在制药和食品加工等行业,控制粒度对于产品质量至关重要。
  • 安全和设备寿命。模拟颗粒破损还可以突出潜在的设备磨损。
  • 设计和创新。借助可靠的破损仿真,工程师可以探索新材料和方法,而无需进行昂贵、耗时的物理测试。

 

计算方法

 

离散元法 (DEM) 是一种用于模拟颗粒材料行为的数值技术。它将颗粒视为通过定义的接触定律相互作用的离散实体。DEM 的主要原理包括颗粒形状的表示、接触力的计算以及牛顿运动方程的积分。

Ansys Rocky 提供了不同的选项来预测不同颗粒材料(如纤维、壳和具有自定义形状的固体)的粉碎过程。有一份白皮书可供下载(请参阅末尾的链接),其中描述了模拟破碎的方法,例如,

  • 冲击能量模型
  • Ab-T10断裂模型
  • Tavares 断裂模型
  • 片段大小分布模型(Gaudin-Schumann 和不完全 beta 函数)

 

落锤试验

落锤试验是评估材料抗冲击性和断裂韧性的常用方法。该方法涉及将重物从设定的高度落到样品上,以模拟真实世界的冲击。该试验测量材料失效前的能量吸收,并提供数据来计算AbT10参数,这些参数描述了材料的断裂特性。下面简要介绍这两个参数:

  • Ab 参数。Ab 的乘积通常用作根据材料抗冲击断裂性对材料进行分类的指标。A b 值越低,表示材料越坚韧,越难断裂,而 A b 值越高,表示材料越脆。
     
  • T10 参数。T10 值越高,表示破碎程度越大,这意味着冲击产生的细小材料越多。它用于确定材料对裂纹扩展的抵抗力,为汽车、航空航天和建筑等材料易受冲击的行业应用提供关键数据。
     

演示

在 Ansys Rocky 中进行落锤试验模拟,以演示 Ab-T10 破碎参数的设置。通过调整这些值,可以校准未来的 Rocky 模拟。在此演示中,一个 10 公斤的重物从 30 厘米的高度落下,撞击一个 5.8 厘米的定制多面体颗粒,然后该颗粒破碎成多个碎片。用户可以根据需要修改输入参数。 

 

 

后处理包括对各种数据集的分析。下图显示了每组的粒度分布和质量百分比(左)、整个模拟过程中落锤的位置(中)及其速度(右)。速度图表示撞击速度和撞击时刻,而落锤的最终位置则表明测试后剩余颗粒的存在。  

 

 

 

 

http://www.dtcms.com/wzjs/43635.html

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