基于改進顆粒簇單元的卸糧宏細觀機理模擬

馮 永 原子然

(河南工業大學土木建筑學院,鄭州 450001)

自CUNDALL提出離散元法以來，PFC，DEM等基于離散元法的數值模擬軟件廣泛運用于筒倉領域的研究，并取得了一定的成果[1-3]。筒倉的相關研究中也經常采用PFC中的ball單元來模擬筒倉中的糧食顆粒[4-6]，但是ball單元并不適用于所有實際工程狀況,常常存在宏觀力學結果與試驗結果誤差較大、顆粒細觀力學參數不全面的情況[7]。產生誤差的一個重要原因就是自然條件下的糧食顆粒大多不以規則的形狀存在，而傳統的單一ball單元模擬不能反映小麥、稻谷等不規則糧食儲料的形態差異對卸糧過程中的影響，因此難以準確反映筒倉卸糧過程中的宏細觀力學機理，針對這個問題，國內外學者提出clump模型模擬玉米、小麥、煤等顆粒[8-10]，但是對于顆粒形狀及含塵率在筒倉卸糧方面對宏細觀參數模擬精確度的影響，至今鮮見定量的研究，對于筒倉卸糧實驗中含塵率的影響考慮不足[11]。

基于以上分析，本研究提出了一種由clump單元和小型ball單元組成的顆粒簇單元模型，該模型用clump單元模擬糧食顆粒，并添加小型ball單元模擬粉塵顆粒。在推導顆粒之間接觸、顆粒-倉壁接觸本構關系的基礎上[12,13]，以室內卸糧物理模型試驗為基礎，采用顆粒簇單元模型進行數值模擬試驗，并和傳統采用單一ball單元的模擬結果進行對比分析。

本研究旨在針對小麥、稻谷等不規則糧食顆粒，建立一種顆粒簇單元模型，更加量化模擬糧食實際形態、含塵率、孔隙率等對卸糧宏細觀力學參數影響，客觀準確地揭示卸糧過程中的宏細觀力學機理，并對類似不規則顆粒的數值模擬也提供參考。……