【摘 要】
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颗粒堆积作为一种广泛存在的自然现象,其原理及应用涉及化工、地质、农业、医药、冶金等众多行业,是一个需要系统研究的重要科学问题。球形颗粒作为最常见和简单的颗粒,是研
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颗粒堆积作为一种广泛存在的自然现象,其原理及应用涉及化工、地质、农业、医药、冶金等众多行业,是一个需要系统研究的重要科学问题。球形颗粒作为最常见和简单的颗粒,是研究颗粒堆积问题最好的载体。由于通过实验方法研究颗粒堆积存在多种限制和缺陷,本论文将通过数值模拟的方式使用离散单元法来研究等径球形颗粒在不同条件下的堆积问题。本研究的主要内容和结论如下：1)通过对球形颗粒在圆筒形容器中堆积的模拟,获得了容器内颗粒堆积的轴向和径向堆积率分布,模拟结果与实验数据吻合良好。分析颗粒堆积内部结构,发现堆积内部颗粒处于无序状态,只在少数区域形成有序结构。研究还发现,容器底面会对堆积内部8层的颗粒造成影响,容器边壁则会影响壁面附近6层颗粒的排布情况。通过增加堆积颗粒的数量,即扩大模拟规模,发现颗粒堆积没有明显的尺度效应,堆积性质基本不变。2)通过模拟颗粒在振动情况下堆积在方形容器内,发现在某一特定的振幅和频率下,颗粒堆积将达到最高的堆积密度。颗粒堆积在经过长时间的振动后,堆积密度将不再发生大的变化。另外,对圆筒形容器中的颗粒堆积施加水平方向的机械振动,最终模拟结果也验证了如下结论：机械振动是提高颗粒堆积密度的有效手段。3)通过构建面心立方(FCC)堆积并模拟其在振动情况下的结构演化过程,验证了FCC结构的稳定性,同时发现垂直方向的机械振动对于颗粒结构更具破坏性。
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