连续粒度分布粉体致密堆积仿真研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

颗粒堆积问题是一个古老的问题，其根本目的在于如何在体积有限的空间内尽量多地放置物体，换一种说法，就是研究如何最大化利用空间。颗粒的堆积问题与人们的日常生活息息相关。因此颗粒堆积结构（粉体内部颗粒在空间上的排列状态及空隙结构）和颗粒致密堆积很早以来就成为人们关注和研究的焦点。随机堆积的研究成果被应用于许多不同的领域，不仅影响着人们的日常生活，对科学以及工业发展都具有重要价值。例如，研究颗粒的堆积过程有利于颗粒材料的制造;研究球体堆积有利于科学家们了解液体的微观结构;研究类球体颗粒的堆积密度和属性还有利于提高粉末冶金零件的物理属性。除此之外，堆积问题还关系到国计民生，对非规则岩石的堆积过程研究有利于对爆破筑坝技术的理解，对如何提高爆破筑坝技术中的岩石堆积精度和密度，如何提高大坝质量并节约经费等方面有重要影响。另外，堆积问题对运输、经济、生物、物理、工程等众多领域也有着深远的影响。

在无机非金属行业中，粉料颗粒的致密堆积问题成为我们重要研究方向，例如，在陶瓷制备过程中，粉末颗粒的堆积密度对压制过程中的压力传递有着较大的影响，因此在压制成型过程中要求陶瓷生坯尽可能达到致密堆积态，以此提高烧成后陶瓷制品的机械强度以及化学稳定性。但是实际颗粒的堆积比较复杂，其致密堆积不仅受到颗粒本身的几何特性，如颗粒的大小、粒度分布、以及颗粒形状的影响；而且与颗粒间的作用力，堆积空间的形状与大小、堆积速度和外力施加方式等条件有关。这些因素很难以数学形式准确的表征，此外，堆积体颗粒级配的构成也很难通过分级装置实现诸如各种致密堆积理论所描述的粒度分布形式，因此有必要借鉴经过长期实践所积累的致密堆积理论（horsfield致密堆积理论、alfred致密堆积方程、隔级致密堆积理论等）。

从上世纪60年代以来，实体实验是研究学者们研究颗粒致密堆积所使用的主要方法。scott采用钢球的堆积模型来研究球型颗粒的堆积问题，得出最后堆积密度在0.60-0.63之间。1965年，s.yerazunis等对多元组颗粒中大小颗粒粒径比值对堆积密度变化进行了研究。1993年，a.b.yu等从球体颗粒堆积行为的研究，逐步转到对非球形颗粒的松装行为进行研究，丰富了颗粒堆积密度的研究成果。但是实体实验方法研究球体堆积是一件十分费力的工作，随着计算机技术的发展，计算机模拟己经成为研究球体堆积的主要方法，在很多情况下，特别是不规则形状、非等径球体和大量球体堆积时，数值模拟几乎是唯一可行的方法。随着现代力学、数值方计算机技术的迅速发展，离散元素法成为散体力学领域新的数值方法。2015年，bmajidi等人利用离散元素法对无规则颗粒的堆积密度进行仿真研究；唐慧萍等人2015年利用离散元素法对岩石颗粒的堆积进行了研究。 edem世界第一个最先进的离散元技术进行颗粒系统仿真和分析的通用cae软件。可以快速，简便地建立颗粒系统的参数化模型，添加颗粒的力学性质，物料性质和其他物理性质，并能够管理每个颗粒的信息（如质量，温度和速度等）以及作用在其上的力，同时edem还提供了非常强大的后处理功能。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

1、确定仿真粉体，并对仿真粉体物料的物性参数（恢复系数、静摩擦因数、滚动摩擦因数）进行标定；

2、采用世界领先的颗粒离散元仿真软件edem对影响连续粒度分布粉体致密堆积的因素，如粒度大小，分布特征；以及多个连续粒度分布粉体形成致密堆积的粒度条件进行仿真实验；

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，熟悉edem软件的，确定仿真方案，并完成开题报告。

第4-5周：完成仿真粉体的物性参数的标定。

第6-11周：按照仿真方案完成仿真实验。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]叶菁.粉体科学与工程基础[m].科学出版社，2010.

[2]胡国明.颗粒系统的离散元素法分析仿真[m].武汉理工大学，2010.

[3]王国强.离散单元法及其在edem上的实践[m].西北工业大学出版社，2010.