基于离散元方法的碎磨工艺过程模拟
基于离散元法的高压辊磨破碎仿真研究
基于离散元法的高压辊磨破碎仿真研究刘磊;高伟;廖泽楚;张乐;张高峰【摘要】基于离散元方法,采用单轴压缩试验校核了矿石离散元模型的微观参数.利用EDEM软件二次开发出矿石的替换程序,将特定区域的单个矿石颗粒替换为由bond键连接的颗粒团,模拟了高压辊磨机在不同转速下矿石破碎的过程,发现其对矿石破碎效率及高压辊磨机辊轮受力影响较大.%Based on discrete element method, a uniaxial compressive test was applied to verify the micro-parameter of discrete element model of the ore.A program was developed to replace a rigid ore particle in a selected domain by a cluster in which the particles are bonded together.Then, the breaking process of the ore particles in HPGR is simulated via EEDM with the develop program.The effect of rotation speed on the breaking behavior is investigated, and it is found that it has great effect on the force acting on the roller and the breaking efficiency of the ore particles.【期刊名称】《湘潭大学自然科学学报》【年(卷),期】2017(039)002【总页数】5页(P76-80)【关键词】离散元法;颗粒替换;EDEM二次开发;高压辊磨机;破碎【作者】刘磊;高伟;廖泽楚;张乐;张高峰【作者单位】湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭 411105;湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭 411105;湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭 411105;湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭 411105;湘潭大学机械工程学院,湖南湘潭 411105【正文语种】中文【中图分类】O152.1据不完全统计，每年我国有近二十亿吨石灰石、五十多亿吨散体矿石及八十多亿吨混凝土骨料通过破碎粉磨工艺处理[1].破碎粉磨工艺主要由各类破碎机械实现，主要的破碎设备有高压辊磨机、颚式破碎机、圆锥破碎机等.鄂式破碎机结构简单，重量较轻，入料尺寸大，但衬板易磨损，单位处理量低.圆锥破碎机重量轻，灰尘少，不易造成物料过度粉碎，但价格比较昂贵且不易维修.高压辊磨机单位破碎能耗低，单位钢耗低，破碎产品粒度较均匀，设备生产效率高，已经在金属矿石破碎行业得到应用，并受到国内外专家和学者的广泛关注[2].高压辊磨机在破碎矿石过程中，颗粒不断运动，颗粒间的接触力易不断变化.传统有限元方法，将料层看成连续体，忽略了物料粒径、形状等因素对破碎机作用的影响，多用于分析辊轮静态受力和变形特性，与实际情况有较大偏离，误差较大.而离散元法以不连续力学为基础，将料层看成许多离散颗粒，能直观模拟颗粒与颗粒间、颗粒与辊面间的相互作用，且能模拟连续材料向散体材料转换的过程，被认为是模拟脆性材料破碎、断裂最有效的方法之一[3].因此，本文采用离散元颗粒团模拟矿石颗粒的破碎过程.然而，在破碎时高压滚磨机给料机构内部有大量矿石颗粒，其流动及压力对辊轮间颗粒破碎有较大影响.若将所有矿石颗粒全部颗粒团模拟，将使得所用单元数量巨大，对计算资源需求很大，甚至无法完成模拟.当矿物颗粒进入破碎区域前，其无破碎.因此，本文提出了一种区域替换方法，将进入破碎区域的矿物颗粒替换为颗粒团，以准确高速的模拟矿物破碎过程.1.1 高压辊磨机简介1985年德国保利修斯公司和洪堡公司根据料层粉碎理论推出第一款高压辊磨机，经过几十年的发展，高压辊磨机结构、性能等不断完善，并且在矿石破碎行业得到应用.高压辊磨机主要组成部分和工作原理如图1所示.高压辊磨机主要由六部分组成：机架、辊轮、给料系统、传动系统、润滑系统以及控制系统[4].高压辊磨机工作时，两个辊子之间留有一点间隙，两辊轮以相同的转速相向转动.物料在自身重力下进入粉碎腔，在自重和辊轮间压力的作用下，强制进入不断压缩的空间，当压力达到一定值时物料遭到粉碎或者在内部产生微裂纹.高压辊磨机破碎区域主要分为三部分：A区域为加速区，在该区域内物料加速到接近辊面的速度；B区域为压缩区，该区域位于与挤压辊轴平面约为7°的区域，压缩区内物料受到的挤压力达到最大，物料在该区域形成裂纹或破碎.C区域为释放区[5].1.2 粘结模型简介离散元法[6-8]是Peter Cundall于1971年提出并应用于岩土力学的数值计算方法.离散元法的主要思想是将不连续体分离为刚性元素的集合，使得各刚体元素满足运动方程，用时步迭代的方法求解各刚性元素的运动方程，进而求得不连续体的整体运动形态.离散元法包含多种接触模型，以描述颗粒间不同的接触行为.而粘结模型主要适用于脆性材料破碎，其通过“粘结键”将颗粒两两粘结起来，粘结键可承受法向力和切向力，当其达到极限应力时，颗粒间粘结键破坏，以模拟矿石的破碎.粘结键破坏后，颗粒间按照Hertz-Mlindlin接触力模型求解.粘结键未破坏时，颗粒间作用力按照以下公式进行更新:其中，式中，J为圆截面的极惯性力矩；分别为当前时刻法向粘结力和切向粘结力；分别为当前时刻法向粘结力矩和切向粘结力矩；分别为粘结键法向刚度、切向刚度；Δun、Δus分别为法向位移增量和切向位移增量；Δθn、Δθs分别为法向角位移增量和切向角位移增量；RB为粘结键半径.采用Hertz-Mindlin with Bonding 模型时，当粘结键未断裂且两离散单元质心间距离小于其半径之和时，两离散单元间不仅存在粘结力，还存在接触力，接触力采用Hertz-Mindlin模型计算.根据圆截面梁弯曲、扭转及拉压应力公式，粘结键最大法向应力和最大切向应力分别为：本文采用的矿石为兰尖岩,采用双正态颗粒分布[9]，即以1.2 mm和2.4 mm为基准半径的正态分布，建立岩石的单轴压缩模型，校核岩石的力学参数.单轴压缩模型为底面直径为50 mm，高为100 mm的圆柱，共包含颗粒18 672，单轴压缩模型如图2所示.单轴压缩模型颗粒物理参数及Hertz-Mlindlin接触模型中粘结参数分别如表1、表2所示.根据以上参数进行单轴压缩试验，设定压板的加载速度为0.002 m/s，所得试件应力应变曲线如图3所示.根据应力-应变曲线计算得出矿石模型相关力学参数，与试验所得兰尖岩力学参数比较,如表3所示.采用GM600-200型高压辊磨机，其主要参数如表4所示.根据GM600-200型高压辊磨机入料要求，选取破碎物料的入料粒径为20 mm.为模拟矿物破碎过程，在离散元软件中编写API程序，对进入破碎区域的单个替换为颗粒团，此处替换后的每个颗粒团包含的495个小颗粒.其替换如图4所示.如果对破碎腔内的矿石颗粒全部进行替换，会造成颗粒数量骤增，计算效率低下.由前文介绍可知，高压辊磨机破碎主要发生在压缩区.为提高计算效率，利用EDEM API二次开发功能，实现颗粒分区域替换.对即将进入压缩区的颗粒进行替换，由于其他未进入替换区域的颗粒未破坏，仍以大颗粒的形式参与计算.分区域替换过程如图5所示.依据GM600-200型高压辊磨机几何参数建立模型，如图6所示.设置两辊之间的初始间隙为10 mm，两辊以相同的速度相向转动，左动辊转动的同时还以频率为5 Hz、振幅为5 mm左右摆动.设置两辊轮转动速度分别为0.80 r/s (5 rad/s)、1.19 r/s (7.5 rad/s)、1.59 r/s (10 rad/s)、1.99 r/s (12.5 rad/s)、2.39 r/s (15 rad/s)进行模拟仿真，其动辊受力情况和物料破碎情况如图7和表5所示.由图7可知，辊轮转速为10 rad/s时，辊轮受到的压力最大，达到91 314 N；辊轮转速为0.80 r/s时，辊轮受到的压力最小，为38 287 N.辊轮转速为12.5rad/s和5 rad/s时，辊轮受力较其他转速情况下平稳.辊轮在不同转速下，物料的破碎情况如表5所示.由表5可知转速由5 rad/s增大到12.5 rad/s时，物料的破碎比逐步增大，当转速达到12.5 rad/s以上时，破碎比趋于一个稳定值.综上所述，入料粒径为20 mm，辊轮间隙为10 mm时，适宜选择的辊速为12.5 rad/s.在该转速下，辊轮最大受力较小且受力均匀，物料破碎率较高.高压辊磨机在金属矿石破碎上的应用越来越普遍.为使高压辊磨机更好地发挥作用，本文采用离散元法，研究了不同转速下高压辊磨机的破碎效果，得出了以下结论：(1) 建立了矿石离散元模型，并通过单轴压缩试验校核了矿石离散元模型的微观参数.(2) 通过二次开发编写了替换程序，当矿石颗粒进入将压缩区时，将其替换为颗粒团，并验证了该程序的正确性，初步说明了该方法模拟矿石高压辊磨破碎的可行性.(3) 通过模拟，发现辊轮转速对矿石破碎效果和辊轮受力有较大影响.当辊轮转速在0.80 r/s至1.59 r/s之间时，辊轮受力和破碎比均随转速增大而增大；当其在1.59 r/s至2.39 r/s之间时，辊轮受力随转速增大而减小，而破碎比趋于稳定.【相关文献】[1] 刘磊，韩跃新，袁致涛，等.高压辊磨机工作原理及其工艺性能的探讨[J].金属矿山，2010(8)：594-599.[2] 黄冬明.挤压类破碎机工作机理和工作性能优化研究[D].上海：上海交通大学，2007.[3] 胡国明.颗粒系统的离散元素法分析仿真[M].武汉：武汉理工大学出版社, 2010.[4] 鲍诺.辊压机料层挤压中的颗粒行为研究[D].济南：济南大学，2010.[5] 黄胜.高压辊磨机粉碎行为研究[D].长沙：中南大学, 2012.[6] POTYONDY D O，CUNDALL P A.A bonded-particle model for rock [J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2004，41(8)：1329-1364.[7] 王国强，赫万军，王继新.离散单元法以及在EDEM上的实践[M].西安：西北工业大学出版社，2010.[8] GAO W, TAN Y Q,JIANG S Q,et al.A virtual-surface contact algorithm for the interaction between FE and spherical DE[J].Finite Elements in Analysis and Design, 2016, 108:32-40.[9] QUIST J.Development of a virtual rock crushing environment based on the discrete element method with industrial scale experiment for validation [D].Sweden：Chalmers University of Technology，2012：38-44.[10] 刘国岗.攀枝花钒钛磁铁矿碎磨力学特性研究[D].昆明:昆明理工大学.2002.。
基于离散元法的半自磨机磨矿过程的仿真研究
基于离散元法的半自磨机磨矿过程的仿真研究本文主要研究基于离散元法的半自磨机磨矿过程的仿真。
在过去的几十年中，模拟仿真已经取得了显著的进步，它在生产过程中越来越受到重视，并成为推动企业发展的关键技术之一。
离散元法是模拟仿真技术中最为广泛应用的一种方法，在工程实践中，它们被广泛应用于多种领域，如流体力学、计算机辅助设计和制造等。
该方法已成功应用于半自磨机磨矿过程的模拟。
本文首先回顾了半自磨机磨矿过程的基本原理，介绍了磨矿过程的基本特征和研究方法，然后结合实际情况分析了离散元法在模拟半自磨机磨矿过程中的优点和应用价值。
这种方法既能够更加准确地模拟磨矿过程，又可进行有效的计算，可以实现更高精度的模拟。
在模拟过程中，我们还考虑了磨矿过程中可能存在的局部自激动和全局不足激动等问题，并设计了相应的计算模型来解决这些问题。
本文提出了模拟和分析半自磨机磨矿过程的一个方法，介绍了离散元法在这一领域的应用价值。
为了证明本文的模型有效性，本文运用该模型模拟磨矿过程的过程并比较其与实际结果的偏差。
本文的模拟结果表明，本文提出的这种离散元法可以有效地算出磨矿过程的能量和速度的变化趋势，说明本文所述的模型能够很好地模拟磨矿过程。
本文的研究结果不仅为半自磨机磨矿过程的仿真模拟提供了一条可行的路径，而且有助于进一步提高半自磨机的精度和稳定性。
本文的研究结果是一项重要的工作，为今后进一步践行和完善离散元法模拟半自磨机磨矿过程提供了基础。
近几十年来，离散元法已经成为模拟仿真技术发展的一个重要方向，它在半自磨机磨矿过程的模拟中取得了显著成功。
本文对离散元法在模拟半自磨机磨矿过程中的价值进行了深入研究，研究了如何应用离散元法来模拟半自磨机磨矿过程，从而实现更高精度的模拟。
本文的研究为今后研究离散元法模拟、分析和改进半自磨机磨矿过程提供了重要的理论参考。
总之，本文通过研究基于离散元法的半自磨机磨矿过程的仿真，研究了如何用离散元法模拟它的过程，研究了磨矿过程中可能出现的局部自激动和全局不足激动等问题，并设计了相应的计算模型，从而实现更高精度的模拟。
基于离散元法的散粒货物数值模拟研究
基于离散元法的散粒货物数值模拟研究离散元法（DEM）是一种数字化颗粒材料行为的数值模拟方法。
它是以颗粒为基本单元，根据颗粒之间的相互作用，模拟颗粒系统的运动和相互作用。
在散粒货物领域，离散元法可以模拟散装物料的流动，包括散粉、颗粒、球状物等。
散粒货物是指通过仓储集装设备储存并通过装载设备运输的物质，例如水泥、煤粉、粮食等。
随着物流技术的不断发展，散粒货物的运输和储存水平越来越高。
但是，由于散粒货物通常存在流动性能差、易结块、堆积不稳定等问题，给运输和储存过程带来了风险和困难。
因此，对散粒货物的数值模拟研究具有重要意义。
离散元法的模拟分为两个阶段：预处理阶段和运行阶段。
预处理阶段主要进行材料参数的设定、模型建立和边界条件的处理等；运行阶段主要进行模拟计算和结果输出。
离散元法模拟中需要涉及的参数包括材料参数、模型参数、边界条件等。
其中，材料参数包括颗粒的密度、粒径、杨氏模量、泊松比、接触力等；模型参数包括阻尼系数、形状系数、断裂参数等；边界条件包括容器壁、进口和出口的位置和形状等。
在数值计算过程中，需要注意颗粒和固体界面之间的摩擦和之间的碰撞。
通过对这些因素的调整和优化，可以得到准确的数值结果。
离散元法的应用范围很广泛，在散粒货物领域主要应用于以下方面：储料仓设计、管道输送、堆场堆积等。
通过数值模拟，可以预测散粒货物的流动行为，并对其进行优化。
例如，在储料仓设计中，可以通过数值模拟预测散料在仓内的流动状态，从而提高仓内料位分布的均匀性；在管道输送中，可以通过数值模拟预测散料在管道内的流动状态，从而减少管道磨损和漏料；在堆场堆积中，可以通过数值模拟预测散料的堆积和流动，从而优化堆场空间利用率和堆垛质量。
总之，离散元法的应用在散粒货物领域具有广阔的前景。
通过数值模拟，可以预测散粒货物的流动行为，并对其进行优化。
未来，离散元法将在散粒货物领域发挥更大的作用，为物流领域的发展做出更大的贡献。
基于离散元法的散粒货物数值模拟研究
基于离散元法的散粒货物数值模拟研究1.引言随着全球贸易的不断发展和增长，散粒货物的运输和储存成为了一个重要的问题。
散粒货物的运输和储存涉及到大量的物理学和力学问题，例如散粒的流动、碰撞、堆积等，并且这些问题很常常在实际工程中引起一系列的挑战。
对于散粒货物运输和储存过程的研究具有重要的实用价值。
离散元法（DEM）是一种适用于颗粒物体的数值模拟方法，它可以模拟颗粒物体的运动、碰撞、堆积等过程。
基于离散元法的散粒货物数值模拟研究具有很大的潜力，可以为实际工程提供重要的理论参考和技术指导。
本文将主要介绍基于离散元法的散粒货物数值模拟研究的相关内容。
2.离散元法（DEM）的基本原理离散元法是一种基于颗粒物体间相互作用的离散模拟方法。
在离散元法中，颗粒物体被简化为一个个离散点，并且它们之间的相互作用通过简单的力学模型来描述。
离散元法模拟的基本步骤包括：首先建立颗粒系统的模型，然后进行数值计算，最后对计算结果进行分析。
在建立模型的过程中，需要给出颗粒物体的初试位置、速度、质量、相互作用力等参数。
然后，利用数值计算方法，可以模拟颗粒物体随时间的演化过程。
通过对模拟结果进行分析，可以得到颗粒物体的运动规律和状态。
离散元法的优点在于它可以模拟颗粒物体之间的复杂相互作用。
由于颗粒物体的数量通常很大，因此离散元法的计算量也很大，这对于计算机的性能和计算速度提出了很高的要求。
3.散粒货物数值模拟的相关研究基于离散元法的散粒货物数值模拟研究已经在各个领域得到了广泛的应用。
在散粒物体的流动和堆积方面，研究者们通过离散元法模拟了颗粒物体的流动速度、堆积高度、内部结构等参数，并且获得了一系列有用的研究成果。
在散粒物体的碰撞方面，研究者们通过离散元法模拟了颗粒物体之间的碰撞速度、碰撞角度等参数，也取得了一定的研究成果。
基于离散元法的散粒货物数值模拟研究也在材料科学、地质科学、化工工程等领域得到了广泛的应用。
在材料科学中，研究者们通过离散元法模拟了颗粒物体的压缩、拉伸、断裂等过程，并且对颗粒物体的力学性能进行了研究。
基于响应曲面法与离散元法的破碎过程能耗仿真分析
基于响应曲面法与离散元法的破碎过程能耗仿真分析黄鹏鹏;李成;胡明亮【摘要】以降低破碎机的破碎能耗为目标,建立以PE250*400颚式破碎机为原型的的几何模型及颗粒物料模型,以梯形齿上底边长、动颚板与定颚板的啮角、动颚板的水平行程和动颚板的运动速度等4个因素作为优化变量,根据响应曲面法(RSM)设计原理对其进行分组试验,结合EDEM软件对物料破碎过程中能量的消耗以及断裂键数进行数值模拟.研究结果表明:破碎机破碎过程中单位能耗的破碎效果受梯形齿上底边长、啮角、动颚板的水平行程影响显著,而运动速度则次之,影响程度从大到小排列为动颚板的水平行程、上底边长、啮角、运动速度.另外,破碎过程中最优参数为梯形齿上底边长5mm、动颚板与定颚板的啮角17°、动颚板的水平行程40mm和动颚板的运动速度1m/s.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】5页(P78-82)【关键词】响应曲面法;EDEM;破碎能耗;仿真【作者】黄鹏鹏;李成;胡明亮【作者单位】江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000;江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000;江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TH16随着经济的快速发展，物料的需求越来越大，破碎机的应用也越来越广泛，全国每年都需要破磨大量的矿石和岩石，消耗大量的电能。
以矿山生产为例，破碎作为选矿的第一道工序，其耗电量就占到了选矿厂总耗电量的50%以上［1］，并且大量的电能由于破碎过程中的摩擦等转化为热能被耗散。
因此，为了提高能量利用率以降低能耗，对破碎过程中的能耗进行研究具有必要性。
为了最大程度地提高破碎机的能量利用率，文献［2］运用离散元法研究了能量的消耗与转速、行程的影响关系，研究表明随着转速的降低和行程的增加，消耗的能量呈先增后减的趋势；文献［3］运用离散元法模拟立方体物料与球体物料在两颚板之间的挤压破碎过程，研究模拟的应变能与由Bong破碎系数估计的应变能之间的关系，并进一步研究证实了大量的球形岩石情形下，颚板吸收的能量与颗粒特定的粉碎能量相近，但是颚板吸收的能量与立方岩的断裂能量之间呈现着多样性的特点［4］；文献［5］运用离散元法模拟了不同粒径颗粒在颚式破碎机中的破碎过程，并得出了颗粒能量吸收与碰撞频率的关系曲线，指出当每秒碰撞800次时，在能量为1mJ的能量级水平上将出现一个大致的正态分布；某大学的母福生运用EDEM对单颗粒物料单向压缩下的能耗进行了研究，得到了压板的冲击速度、齿板厚度以及两齿间水平距离对能耗及破碎概率的影响次序［6］；破碎过程中衬板直接挤压物料，其齿形对破碎效果及破碎过程中能量消耗起着非常重要的作用，目前大多数研究者主要研究了齿形对破碎效果以及破碎力的影响，如文献［7］运用有限元软件分析齿板的受力情况，得出齿顶距越小，物料越容易破碎，但会减弱破碎齿的强度；文献［8］基于离散元法和正交试验设计进行数值仿真，获得齿形参数多因素对破碎力的综合影响规律，获得最优齿形参数组合。
《基于三维离散元法的离心式滚磨光整加工理论分析和仿真模拟》范文
《基于三维离散元法的离心式滚磨光整加工理论分析和仿真模拟》篇一一、引言随着现代制造业的快速发展，离心式滚磨光整加工技术因其高效、环保、低成本的特性在工业生产中得到了广泛应用。
为了进一步优化加工过程和提高产品质量，本文将基于三维离散元法（Discrete Element Method, DEM）对离心式滚磨光整加工进行深入的理论分析和仿真模拟。
二、三维离散元法理论基础离散元法是一种用于处理颗粒材料（如散体、粉末等）运动、碰撞和相互作用等问题的数值计算方法。
其基本思想是将连续的介质划分为一系列离散的单元，通过计算每个单元的运动状态和相互作用力，从而模拟整个系统的宏观行为。
在三维空间中，离散元法能够更真实地反映颗粒的运动轨迹和碰撞过程，为光整加工过程的模拟提供了有力的工具。
三、离心式滚磨光整加工原理离心式滚磨光整加工是一种利用高速旋转的磨料和工件进行相互作用的加工方法。
在离心力的作用下，磨料和工件发生高速碰撞和摩擦，从而达到去除工件表面微观不平度、提高表面质量的目的。
该过程涉及磨料、工件和离心力的相互作用，是一个复杂的物理过程。
四、基于三维离散元法的理论分析在理论分析中，我们采用三维离散元法对离心式滚磨光整加工过程进行建模。
通过建立颗粒间的相互作用力模型、运动方程以及边界条件等，模拟磨料和工件在离心力作用下的运动轨迹和碰撞过程。
同时，结合材料学、力学等理论，分析磨料与工件之间的摩擦、磨损等相互作用机制，为优化加工参数和提高产品质量提供理论依据。
五、仿真模拟及结果分析利用计算机仿真软件，我们进行了离心式滚磨光整加工过程的仿真模拟。
通过设定不同的加工参数（如磨料粒度、工件转速、离心力等），观察磨料和工件的运动状态和相互作用过程。
仿真结果可以直观地反映加工过程中磨料的运动轨迹、碰撞力以及工件的表面变化等情况。
通过对仿真结果的分析，我们可以得出不同参数对加工效果的影响规律，为实际生产中的参数优化提供指导。
六、结论与展望本文基于三维离散元法对离心式滚磨光整加工进行了深入的理论分析和仿真模拟。
基于DEM_的磨粉机皮磨研磨仿真及参数优化
包 装 工 程第45卷 第3期 ·234·PACKAGING ENGINEERING 2024年2月收稿日期：2023-07-05基金项目：河南省教育厅高等学校重点科研项目（22B460006）；河南工业大学高层次人才基金（2019BS016） 基于DEM 的磨粉机皮磨研磨仿真及参数优化刘海芃，张超*，武文斌，高涛，张昊晨（河南工业大学 机电工程学院，郑州 450001）摘要：目的 探究辊式磨粉机皮磨系统工作参数对工艺效果的影响，并进行1B 磨制粉过程磨辊工作参数优化。
方法 通过Dem 离散元软件对磨辊研磨过程进行模拟分析，以齿角、前角、轧距、落料点间距4个因素为变量对取粉率和功耗的影响进行分析，并采用正交试验和矩阵分析法对数值模拟结果进行综合评定。
结果 得出1B 磨制粉工序中最优参数组合方案为齿角γ=85°，前角α=25°，轧距d =1.5 mm ，落料点间距b =0 mm 。
结论 本文对磨辊研磨过程的仿真分析提供了参考方法，并对辊式磨粉机工作参数的优化设置具有一定的指导意义。
关键词：研磨；仿真模拟；取粉率；功耗；矩阵分析中图分类号：TB486；TS210.4；TS211.4 文献标志码：A 文章编号：1001-3563(2024)03-0234-09 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2024.03.027Simulation and Parameter Optimization of Leather Grinding of Flour MillBased on DEMLIU Haipeng , ZHANG Chao *, WU Wenbin , GAO Tao , ZHANG Haochen(School of Electromechanical Engineering, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)ABSTRACT: The work aims to explore the effect of working parameters of the leather grinding system of the roller mill on the process efficiency, and optimize the working parameters of the grinding roller in the 1B grinding process. The grinding process of the grinding roller was simulated and analyzed using Dem discrete element software. The effects of four factors, namely tooth angle, front angle, rolling distance, and spacing between feeding points, on the powder extraction rate and power consumption were used as variables for analysis. Orthogonal tests and matrix analysis were used to comprehensively evaluate the numerical simulation results. The optimal parameter combination scheme for 1B grinding powder process was tooth angle γ=85°, front angle α=25°, rolling distance d =1.5 mm, spacing between blanking points b =0 mm. This article provides a method reference for the simulation analysis of the grinding process of the roller mill, and has certain guiding significance for the optimization of working parameters of the roller mill. KEY WORDS: grinding; simulation; yield of powder; power dissipation; matrix analysis粮食的加工是粮食生产中非常重要环节，目前我国小麦的生产量随着国家的发展在不断地增长，人们对小麦加工品质的需求也在日益提高，实现小麦制粉加工的减损节能，提质增效是目前粮食加工的重要研究方向。
基于离散元的物料破碎机理研究
基于离散元的物料破碎机理研究摘要：本文以离散元方法为基础，针对物料破碎机理进行了深入研究。
介绍了离散元分析的基本原理和方法，并分析了物料破碎过程中的离散元模型。
通过建立数学模型，对物料破碎进行了仿真计算，得出了相应的结果和图表。
文章还对影响物料破碎机理的主要因素进行了详细的分析，包括物料性质、颗粒大小、形状等。
总结了研究成果和结论，指出了研究的不足和局限性，并提出了未来的研究方向和重点。
引言：物料破碎是一个广泛存在于工业生产和生活中的应用领域，如矿业、建材、农业、环保等领域。
在物料破碎过程中，物料的性质、颗粒大小、形状等因素都会对破碎效果产生重要影响。
因此，研究物料破碎机理对于提高破碎效率、降低能源消耗具有重要意义。
传统的物料破碎研究方法主要是基于经验和实践，缺乏系统性和理论指导。
近年来，随着计算机技术的发展，离散元方法逐渐被应用于物料破碎领域，为深入研究物料破碎机理提供了新的手段。
离散元分析：离散元方法是一种用于模拟连续介质问题的计算机数值方法。
在离散元方法中，将物体离散为许多小的单元，每个单元都具有相应的物理和机械性质。
通过分析每个单元的行为和相互作用，可以对整个物体的力学行为进行模拟。
在物料破碎过程中，离散元方法可以用来模拟物料的破裂、变形和颗粒流动等行为。
需要根据物料的性质和破碎要求，选择合适的离散元模型和参数。
然后，通过编程实现离散元模型，进行数值计算和模拟，得到相应的结果和图表。
影响因素分析：在物料破碎过程中，影响破碎效果的因素很多，如物料性质、颗粒大小、形状等。
其中，物料性质包括物料的密度、强度、变形特性等；颗粒大小指的是物料颗粒的直径和大小分布；形状则是指物料颗粒的几何形状和形态。
这些因素都会对物料破碎的效果和效率产生影响。
通过对实验数据的分析和统计，可以发现以下规律：物料性质对破碎效果的影响最为显著。
物料密度越大、强度越高、变形特性越差，则越难破碎。
因此，在破碎过程中需要选择合适的破碎参数和设备，以克服物料的强度和变形特性，达到良好的破碎效果。
岩质颗粒压缩破碎过程的离散元数值模拟研究
岩质颗粒压缩破碎过程的离散元数值模拟研究徐可;黄文雄;李星月;汪留松;王建敏【期刊名称】《许昌学院学报》【年(卷),期】2018(000)006【摘要】为了研究岩质颗粒的压缩破碎,基于离散元方法,采用凝聚颗粒模型,构建了密实状态结构的可破碎颗粒单元,将岩质材料的矿物晶粒等效为细观单元,将连接方式等效为黏结模型,发展了一种凝聚颗粒快速生成技术,能有效减少建立模型的时间,并便于估算颗粒破碎后的孔隙释放.引入黏结断裂类型、坐标和数量的监测手段,研究岩质颗粒材料压缩破碎的过程,归纳了破碎过程四个阶段的特征,并得到了和试验一致的力一位移曲线,发现细观单元的法向黏结断裂的突变是宏观颗粒失去承载力的重要特征.【总页数】5页(P23-27)【作者】徐可;黄文雄;李星月;汪留松;王建敏【作者单位】许昌学院土木工程学院,河南许昌461000;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;许昌学院土木工程学院,河南许昌461000;许昌学院土木工程学院,河南许昌461000【正文语种】中文【中图分类】TU452【相关文献】1.哈拉沟煤矿垮落带破碎岩体溃砂的离散元数值模拟研究 [J], 梁艳坤;隋旺华;朱涛;张新佳2.基于离散元方法的花岗岩单轴压缩破裂过程的声发射特性 [J], 刘洪磊;王培涛;杨天鸿;徐涛;于庆磊;夏冬3.基于颗粒离散元法岩石压缩过程破裂机制宏细观研究 [J], 袁康;蒋宇静;李亿民;王刚4.颗粒破碎过程的离散元精细化建模 [J], 洪俊;李建兴;沈月;王潇5.岩质颗粒破碎数值模拟研究进展 [J], 徐可; 黄文雄; 王建敏; 张涛; 陈丁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于离散元法的自磨机出料分流器模拟分析与结构优化_王观民
破・磨
的初始轴向流速设定为 1 m /s，矿石粒度分布如表 1. 上罩 2. 中罩 3. 下罩
图 1 出料分流器模型
Fig. 1 Model of discharge divider
图 4 简化后模拟计算装配模型
Fig. 4 Simulation calculation model after
simpli fi cation
(b) 料流轨迹
图 5 初期设计结构及其料流轨迹Fig. 5 Initial structure and trajectory of
1. 一级导料板
2. 二级导料板
3. 未级分料平台
(a) 结构
图 2 排料口模型
Fig. 2 Model of discharging port
图 3 出料分流器简化后模型
Fig. 3 Simpli fi ed model of discharge divider
破・磨
1. 一级导料板
2. 导料斜板
3. 未级分料平台
4. 底板突起
(a) 结构
1. 一级导料板
2. 竖起导流板
3. L 形三级导料板
4. 底板突起
5. 导料斜板
(a) 结构
(b) 料流轨迹
图 7 优化设计结构及其料流轨迹
Fig. 7 Optimized structure and trajectory of
(b) 料流轨迹
图 6 改进设计结构及其料流轨迹
Fig. 6 Improved structure and trajectory of。
基于EDEM的物料破碎效果仿真分析_黄鹏鹏
破 ・ 磨
Fig. 1
图 1 大颗粒被小颗粒团替换示意 Sketch of replacing one big grain with small grains
1.2 破碎机几何模型及破碎参数设定
以 PE400×600 型颚式破碎机结构尺寸为参考， 在不影响仿真的前提下，对颚式破碎机做相应简化， 运用 SolidWorks 三维绘图软件建立颚式破碎机的几何 模型，如图 2 所示。在 EDEM 界面中仿真需对颗粒 和几何体材料的物理参数进行设置 (如表 1 所列)，再 对接触模型、颗粒工厂、颗粒体力插件和时间步长等 进行定义后，进行模拟仿真。
料的缓冲作用，噪声较小；另外，轮锤式破碎机安装 前需要现场加装破碎机固定支架，必要时要对输送机 出料端进行现场改造。但总体上看，破碎机改进后明 显利大于弊，具有较大的应用价值。
参 考 文 献
[1] 中国煤炭工业协会．MT/ T 493—2002 顺槽用破碎机 [S]．北 京：中国煤炭工业出版社，2002. [2] 哈尔滨工业大学理论力学教研室．理论力学 (Ⅱ) [M]．7 版． 北京：高等教育出版社，2009：40-55. [3] 杨丙乾，任小中．锤式破碎机的打击平衡计算 [J]．矿山机 械，2006，34(1)：61-62. [4] 李正峰．锤式破碎机锤头销孔碰撞反力的定量计算 [J]．煤矿 机械，2006，27(2)：185-186. □ (收稿日期：2014-06-06) (修订日期：2014-07-09)
因素
Fig. 3
所用的颗粒模型为软球模型edem界面中建立半径为90mm的颗粒破碎南大学的李云龙等人对高压状态下矿物颗粒破碎的模型运用api插件将若干个小颗粒黏结成大的颗粒基本规律进行了研究得出粉碎过程可以划分为预每个大颗粒球团由70个半径为18mm损碎裂压实3个阶段以及若干种矿物的挤压的小颗粒通过附有正应力及切应力的黏结键黏结而阻力大小顺序
《基于三维离散元法的离心式滚磨光整加工理论分析和仿真模拟》范文
《基于三维离散元法的离心式滚磨光整加工理论分析和仿真模拟》篇一一、引言随着现代制造业的快速发展，离心式滚磨光整加工技术已成为一种重要的表面处理技术。
该技术利用高速旋转的磨料和工件之间的相互作用，以达到工件表面光整的目的。
本文旨在运用三维离散元法，对离心式滚磨光整加工进行深入的理论分析和仿真模拟研究。
二、三维离散元法理论离散元法是一种通过离散单元模型来模拟颗粒材料行为的数值方法。
在三维离散元法中，每个颗粒都被视为独立的离散单元，其运动和相互作用受到力、力矩以及约束条件的影响。
这种方法可以有效地模拟出颗粒材料在复杂环境下的动态行为。
三、离心式滚磨光整加工原理离心式滚磨光整加工是通过在高速旋转的磨料与工件之间进行冲击和摩擦来实现表面处理的。
在这种过程中，磨料在离心力的作用下加速，与工件表面产生强烈的冲击和摩擦，从而达到去除表面粗糙度、提高表面质量的目的。
四、理论分析基于三维离散元法，我们可以对离心式滚磨光整加工过程进行理论分析。
首先，通过建立颗粒的离散元模型，模拟出磨料在高速旋转过程中的运动轨迹和相互作用力。
其次，分析这些相互作用力对工件表面的影响，包括冲击力、摩擦力等。
最后，通过理论计算，预测出不同参数（如磨料粒度、转速等）对加工效果的影响。
五、仿真模拟除了理论分析外，我们还可以通过仿真模拟来进一步研究离心式滚磨光整加工过程。
利用三维离散元法软件，我们可以构建出磨料和工件的离散元模型，模拟出整个加工过程。
通过观察和分析仿真结果，我们可以更直观地了解磨料与工件之间的相互作用，以及不同参数对加工效果的影响。
六、结果与讨论通过对理论分析和仿真模拟的结果进行对比和分析，我们可以得出以下结论：1. 磨料粒度对加工效果有显著影响。
较小的磨料粒度可以获得更高的表面光整度，但也会增加设备的磨损。
2. 转速是另一个关键参数。
适当的转速可以提高磨料与工件之间的冲击和摩擦力，从而提高加工效果。
然而，过高的转速可能导致设备过载或磨料破碎。
210988700_基于离散元的碎片尺寸随机的颗粒破碎模拟方法
(１)
式中ꎬａꎬ ｂꎬ ｃ 为随机点的三个坐标值ꎬ三者相互
独立且均服从(０ꎬ １) 区间上的均匀分布. 同理可
算出其余 ７ 个小块体的体积. 因为单位立方体的
体积 Ｖ 等于 １ꎬ所以式(１) 中的 ｋ１ 也可表示小块
体体积与立方体体积之比.
采用在母颗粒周边空隙中填充小
颗粒的方法减小质量损失ꎬ但空隙检索会降低计
压缩试样的接触数目和平均接触力分布的合
体方式称作碎片替换模式ꎬ包括子颗粒的数量、尺
理性.
寸和位置等. Ａｓｔｒｏｍ 等 [６] 提出了构建碎片替换模
式的 ３ 个准则:①为保证计算效率ꎬ替换所用子颗
粒数目不宜过多ꎻ②应能模拟破碎发生后局部应
１ 立方体碎片替换模式
力突降的现象ꎻ③颗粒破碎特性应与实际情况相
常有很大的离散性. 但大量同粒径的堆石颗粒破
碎后碎片具有一定的统计规律ꎬ子颗粒粒径服从
正态分布
第 ４４ 卷
受切割点随机性的 影 响ꎬ１０ 次 模 拟 结 果 各 不 相
单个天然堆石颗粒破碎后的碎片尺寸分布通
[１３]
. 使用 ＰＦＣ３Ｄ 软件模拟单粒破碎ꎬ首
同. 但由这 １１ 次模拟结果( 包括图 ２ 的二次方数
式ꎬ在满足质量守恒的前提下ꎬ基于试错法逐个生
成子颗粒ꎬ子颗粒粒径由服从指定分布的随机数
确定ꎬ该替换模式适用于微粒子的冲击破碎. 目前
尚未见到适用于粗粒土的子颗粒粒径随机的碎片
替换模式.
综上所述ꎬ本文将依据天然堆石颗粒 ( 石灰
图 １ 立方体替换模式示意图
Ｆｉｇ １ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｃｕｂｅ ｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅ
破碎十分重要.
基于离散元( ＰＦＣ３Ｄ) 模拟颗粒破碎的方法
基于离散元法的立轴破转子磨损机制研究
第２５卷增刊２ ２０１６年１０月中 国 矿 业ＣＨＩＮＡ ＭＩＮＩＮＧ ＭＡＧＡＺＩＮＥ Ｖｏｌ．２５，Ｓｕｐｐｌ．２Ｏｃｔ． ２０１６基于离散元法的立轴破转子磨损机制研究吕龙飞，侯志强，廖 昊（徐工集团江苏徐州工程机械研究院，江苏徐州，２２１００４） 摘 要：为了深入研究立轴冲击式破碎机转子的磨损机制，将离散元仿真方法与表面磨损理论有效融合，以Ａｒｃｈａｒｄ模型及Ｒａｂｉｎｏｗｉｃｉｚ模型作为表面磨损计算模型嵌入离散元仿真程序ＥＤＥＭ中，建立了立轴破转子磨损仿真模型。
通过分析不同工况下耐磨件的磨损形式及磨损量的特征，获得了各耐磨件的主要磨损特性及部分影响因素的作用机制。
利用所述规律，可针对转子耐磨性能提升及耐磨材料的有效利用的改进设计提出指导性意见。
关键词：立轴冲击式破碎机；转子；离散元法；磨损机制 中图分类号：Ｏ３２７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－４０５１（２０１６）Ｓ２－０３１２－０５Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔ ｉｍｐａｃｔｃｒｕｓｈｅｒ ｒｏｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＥＭＬＶ Ｌｏｎｇ－ｆｅｉ，ＨＯＵ Ｚｈｉ－ｑｉａｎｇ，ＬＩＡＯ Ｈａｏ（Ｊｉａｎｇｓｕ Ｘｕｚｈｏｕ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＸＣＭＧ Ｇｒｏｕｐ，Ｘｕｚｈｏｕ ２２１００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｂｅｔｔｅｒ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔ ｉｍｐａｃｔ ｃｒｕｓｈｅｒ ｒｏｔｏｒ，ｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｗｅａｒ ｔｈｅｏｒｙ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｍｅｒｇｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｗｏｒｋ．Ａｒｃｈａｒｄ ｗｅａｒ ｍｏｄｅｌ ａｎｄＲａｂｉｎｏｗｃｉｚ ｗｅａｒ ｍｏｄｅｌ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｉｎ ｄｉｓｃｒｅｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍ－ＥＤＥＭ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｒｏｔｏｒ ｗｅａｒ．Ｔｈｅ ｗｅａｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｒｕｃｉａｌ ｐａｒｔｓ ｉｎ ｒｏｔｏｒ ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｌａｗ ｏｆ ｓｏｍｅｆａｃｔｏｒｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｂｙ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｗｅａｒ ｆｏｒｍ ａｎｄ ｒａｔｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｃａｓｅｓ．Ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ａｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｗｅａｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｒｏｔｏｒ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｈａｆｔ ｉｍｐａｃｔ ｃｒｕｓｈｅｒ；ｒｏｔｏｒ；Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ（ＤＥＭ）；ｗｅａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ收稿日期：２０１６－０８－２４ 立轴冲击式破碎机（简称立轴破）是一种利用冲击破碎原理实现物料高效粉碎的破碎设备，由高速旋转的转子利用离心作用将进入其中的物料加速抛射至破碎腔进行破碎。
基于离散元法的球磨机介质运动的仿真研究
触产生的筒体转矩。
有用功率的计算公式如下：
Ｐ ＝２πＮ ×Ｔ
（２）
其中，Ｎ为转速，单位 ｒ／ｍｉｎ，有用功率 Ｐ单
位 Ｗ。
２ 离散元法分析介质运动
介质运动的理论分析建立在诸多假设的基础 上，再加上磨球运动与诸多因素相关的复杂性，使 得理论分析对于提高球磨效果十分有限。离散元 法把研究对象看作颗粒群体，通过仿真分析研究 散体物料的运动形式具有一定的优势。 ＥＤＥＭ 是 一个功能多样的离散元仿真软件，多用于在工业 生产中对颗粒的处理和生产过程的仿真与分析， 采用 ＧＵＩ可视化界面，可以高效的建立起颗粒的 参数化模型，ＥＤＥＭ软件仿真的步骤如下［８］：第一 步是使用 Ｃｒｅａｔｏｒ前处理器进行建模，包括定义颗 粒和颗粒所在的环境；第二步是使用 Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ求 解器仿真分析，包括灵活设置时间步长及系统仿 真时间总长、设置用于扫描检测含有粒子的网格 数目、使用 Ａｎａｌｙｓｔ后处理器分析处理数据。
微观方面可行，相同转速条件下，填充率与有用功率呈正比关系，但当比转速比较小时，填充率与单位质量介
质消耗能量呈反比关系，摩擦系数和比转速共同影响有用功率的大小。
关键词：球磨机；离散元；有用功率
中图分类号：ＴＤ４５３
文献标识码：Ａ
０ 引言
１ 离散元法
球磨机广泛的使用在材料工业、冶金工业、选 矿工业等领域，其主要作用是粉碎物料，使物料粒 度可以满足各种生产的要求。当前对球磨机在生 产过程中的研究主要在环保、节材、节能等方面， 比如研究改善工艺技术的问题［１］；通过选择合适 的工艺参数提高了球磨效率［２］，研究了介质的运 动形式［３］，分 析 了 其 动 力 学，从 磨 机 结 构 方 面 进 行改进［４］，提高了球磨效率。这些研究都取得了 良好的效果，在一定程度上降低量能耗、提高了效 率，但 是 这 些 研 究 在 研 磨 的 细 观 方 面 无 法 使 用。 Ｃｕｎｄａｌｌ等人提 出 的 离 散 元 素 法 可 以 跟 踪 研 究 散 体颗粒运动的全过程，经过近年的研究发展，已经 在相关离散介质研究方面取得了巨大优势［５］，Ｍｉ ｓｈｒａ等人已经将离散元素法应用到球磨机的研究 当中［６］。本文基于离散元法，通过设定一定的工 作参数，运用仿真的方法研究了筒体转速、介质填 充率、摩擦系数等因素对磨机有用功率的影响，仿 真研究的结果对设定更佳的工作参数与提高球磨 效果之间的关联配合具有一定的意义。
基于离散元法的糙米碾白过程仿真初探
基于离散元法的糙米碾白过程仿真初探
陈德炳;李祖吉;张永林;谢健;宋少云
【期刊名称】《粮食与饲料工业》
【年(卷),期】2015(000)003
【摘要】碾白是谷物加工中重要的加工工序,为了研究该过程中糙米的破碎率,基于离散元方法,以EDEM软件为平台,对糙米碾白进行离散元仿真.仿真糙米颗粒破碎,通过离散单元法的Hertz-Mindlin黏结模型,用“黏结键”将更小的球形颗粒黏结在一起,当颗粒受力达到其破碎强度时,“黏结键”断裂,从而可以有效模拟糙米的破碎.通过对糙米碾白仿真,得出糙米的动力属性和破碎率都较符合实际情况.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】陈德炳;李祖吉;张永林;谢健;宋少云
【作者单位】国粮武汉科学研究设计院有限公司,湖北武汉430079;武汉轻工大学机械工程学院,湖北武汉430023;武汉轻工大学机械工程学院,湖北武汉430023;国粮武汉科学研究设计院有限公司,湖北武汉430079;武汉轻工大学机械工程学院,湖北武汉430023
【正文语种】中文
【中图分类】TS210.3
【相关文献】
1.基于离散元法砂辊碾米机碾白室内物料运动仿真 [J], 庞晓霞;阮竞兰
2.基于外碾削立式碾米机的离散元法仿真分析 [J], 史艳花;张国全;黄志平;张宁
3.基于离散元法的糙米匀料盘仿真优化设计 [J], 贾富国;姚丽娜;韩燕龙;王会;史宇菲;曾勇;蒋龙伟
4.基于离散元法的木质板材压制成形过程仿真与分析 [J], 薛亚军;贺福强;陈发江;徐浩然
5.基于离散元法的果粒灌装输送过程仿真 [J], 叶方平;刘冠军;汤亮;姜晓文;李宸宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于离散元方法的双齿辊破碎机的仿真
基于离散元方法的双齿辊破碎机的仿真马会永【摘要】双齿辊破碎机作为破碎机械的重要一员,在各大矿山开采中双齿辊破碎机发挥着重要作用.离散元法是基于分子动力学原理而提出的一种求解离散系统的熟知计算方法.论文采用离散元软件对双齿辊破碎机满载启动进行仿真,提取破碎齿在满载启动时的受力并根据该力利用有限元软件ANSYSWorkbench对破碎齿和齿环的强度和刚度进行研究.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2015(028)001【总页数】3页(P103-104,77)【关键词】双齿辊破碎机;ANSYSWorkbench【作者】马会永【作者单位】山西天地煤机装备有限公司,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】TM641破碎机作为破碎设备的一员，主要应用在矿山开采、建筑、煤炭开采、冶金等行业。
目前，矿山破碎机的主要有颚式破碎机、旋回破碎机、圆锥破碎机、冲击式破碎机以及齿辊破碎机等。
辊式破碎机最早出现在1806年，它是一种比较古老的破碎设备。
在国外比较著名的生产双齿辊破碎机的厂家主要有英国的MMD公司和澳大利亚FLS爱邦有限公司。
离散元法的基本思路是将不连续的物体离散成刚性元素的集合，使各刚性元素符合牛顿运动方程，再通过迭代运算求解各刚性元素的运动方程获得不连续物体的整个运动形态，目前，离散元法已经广泛应用在矿物加工领域。
本仿真所需物料按照大唐锡林浩特物料进行建模，其中物料的主要情况如下：最大入料粒度为（1200×1500× 2000）mm。
入料粒度分布：粒度在0～400mm的物料占的百分比≥65%，粒度在400～900mm的物料占的百分比≤25%，粒度大于900mm的物料占的百分比＜10%。
物料的种类为土和岩石剥离物。
物料的静安息角为33°。
物料的性质：泥岩密度2.24g/cm3～2.65g/cm3，平均2.50g/cm3；天然石密度1.64g/cm3～2.29g/cm3，平均2.10g/ cm3；含水率8.79%～27.11%，平均14.72%；孔隙率20.05%～42.40%，平均33.43%；耐崩解性指数81.0%；内摩擦角35.6°～40.6°，平均38.1°；粘聚力0.12MPa～0.60MPa，平均0.36MPa；抗压强度0.5MPa～3.36MPa，平均1.95MPa。
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基于离散元方法的碎磨工艺过程模拟——EDEM在磨机、破碎机仿真领域的应用2011年06月07日应用背景碎磨工艺是矿物加工工程技术中的重点之一。
主要设备为各种类型的破碎机和磨机。
破碎机主要包括颚式破碎机、反击式破碎机，冲击式破碎机，复合式破碎机，单段锤式破碎机，立式破碎机，旋回破碎机、圆锥式破碎机、辊式破碎机；磨机根据磨矿介质和研磨物料的不同，可分为球磨机、棒磨机，管磨机，自磨机，旋臼式辊磨机等。
磨机主要近20 年来发展最快的碎磨工艺是半自磨-球磨工艺，目前，有很多大中型选矿厂采用此种碎磨工艺。
球磨机是利用钢球作为磨矿介质进行磨矿的设备，其结构简单、性能稳定、破碎比大(3～100)，既可湿磨又可干磨，可用于处理各种矿物原料，适应性强，易于实现自动化控制。
所以，在选矿、建材、化工、冶金及材料等工业部门中，球磨机都是最普遍、最通用的粉磨设备，在矿物粉碎和超细粉碎加工中占有重要地位，倍受人们青睐。
碎磨设备通常尺寸庞大，造价十分昂贵，要求其设计方案具有足够的准确性和可靠性，以在制造过程中减少成本损失。
磨矿过程的模拟研究是磨矿过程优化控制的基础，也是磨矿从实验研究走向理论研究的关键步骤。
自1990 年Mishra 和Rajamani 创造性地将离散单元法用于此领域的研究后，其就在此应用领域中发挥了其它数值算法不可替代的作用。
离散元方法简介传统的力学研究都是建立在连续性介质假设的基础上的，即认为研究对象是由相互连接没有间隙的大量微团构成。
然而，这种假设在有些领域并不适用，如：岩土力学。
1971年，CUNDALL提出的一种处理非连续介质问题的数值模拟方法，离散元方法（Discrete Element Method，简称DEM），理论基础是结合不同本构关系（应力-应变关系）的牛顿第二定律。
随后，这种方法被越来越广泛的应用于涉及颗粒系统地各个领域。
通过求解系统中每个颗粒的运动学和动力学方程（碰撞力及场力），不断地更新位置和速度信息，从而描述颗粒系统行为。
EDEM软件介绍EDEM主要由三部分组成：Creator、Simulator和Analyst。
Creator是前处理工具，完成几何结构导入和颗粒模型建立等工作；Simulator是求解器，用于模拟颗粒体系的运动过程；Analyst是后处理工具，对计算结果进行各种处理。
图1.1 EDEM结构框架及功能Creator——EDEM的前处理工具EDEM的前处理工具Creator主要完成建模工作，包括：材料参数设置，确定颗粒形状、颗粒产生方法、几何设备导入及运动特性描述等。
Creator的颗粒几何形状建模现实世界中，颗粒状物质形状各异、千差万别，而形状对颗粒体系的运动情况又有着重要的影响。
EDEM的前处理工具可以精确描述颗粒的几何外形，Creator 通过球面填充技术，将颗粒的表面用若干球面的组合表征，不仅能体现颗粒的非球形特征，又可以使颗粒的接触满足球面接触的物理模型。
图1.2 颗粒建模界面图1.3 采用球面填充方法表征颗粒形状图1.4 各种形状的颗粒颗粒工厂技术EDEM特有的颗粒工厂技术（Particle Factory TM），可以根据用户需要，设置颗粒的初始位置、生成速率、颗粒种类、粒径分布等。
图1.5 按正态分布生成的颗粒图1.6 指定颗粒生成的位置（红色区域）EDEM的材料数据库EDEM的材料数据库允许客户将所关注领域内的各种材料整理成库，在每次建模仿真时，直接从库里导出，不仅减少了用户建模时查找数据的繁琐工作，实现了相关数据的管理和积累。
此外，EDEM也内置了一些材料的特性参数供用户参考。
图1.7 Creator中的材料库丰富的接触模型接触模型是离散单元法的重要基础，其实质就是拟静态下颗粒固体的接触力学弹塑性分析结果。
接触模型的分析计算直接决定了粒子所受的力和力矩的大小。
需要指出，尽管接触关系是非线性的，仍近似采用叠加原理。
离散元法的接触模型有多种，接触力的计算方法也各不相同，但是整体计算的原理都是相同的。
EDEM中内置的接触模型列举如下：Hertz-Mindlin (no slip) ——基本接触模型，计算颗粒接触时的基本作用力；Hertz-Mindlin with Bonding——在Hertz-Mindlin (no slip)的基础上，考虑了颗粒内聚力的影响；Hertz-Mindlin with Heat Conduction——在Hertz-Mindlin (no slip)的基础上，计算颗粒接触后的热量传递情况；Linear Cohesion——描述颗粒结块，粘结的物理模型；Linear Spring——基本接触模型，计算颗粒接触是的基本作用力；Moving Plane——颗粒与运动平面间接触过程的物理模型；Tribocharging——带电颗粒相互作用的物理模型；激励的施加EDEM可以施加各种不同的复杂激励，如：1）连续运动（平动、转动及复合运动）2）间歇性运动激励（振动）EDEM的几何文件接口EDEM支持多种格式的几何文件。
通过几何文件，用户可以将其他CAD软件建立的机械设备几何模型导入EDEM，减少了重复建模和对模型的修整，提高建模效率。
目前，EDEM所支持的几何文件格式如下表所示。
图1.8 导入几何模型表1.1 EDEM支持的标准文件类型EDEM先进的求解技术利用DEM 求解器Simulator 进行模拟，可以快速、有效地监测离散颗粒间的碰撞；能够选用动态时间步长；软件既可以在单个处理器上运行，也支持多处理器并行计算；可以通过模型参数的可视化图表来分析模拟结果，从而快速地识别趋向和修正结果。
图1.9 Simulator界面EDEM 利用离散单元法进行计算，其基本思想是把介质看作由一系列离散的独立运动的单元（粒子）所组成，单元的尺寸是细观的，利用牛顿第二定律建立每个单元的运动方程，并用显示中心差分法求解，整个介质的变形和演化由各单元的运动和相互位置来描述。
在解决连续介质力学问题时，除了边界条件以外，还有3个方程必须满足，即本构方程、平衡方程和变形协调方程。
进行离散元数值计算时，往往通过循环计算的方式，跟踪计算材料颗粒的移动状况。
其内部计算关系如图1.10所示。
图1.10 计算流程示意图每一次循环包括两个主要的计算步骤：(1)由作用力、反作用力原理和相邻颗粒间的接触本构关系确定颗粒间的接触作用力和相对位移；(2)由牛顿第二定律确定由离散单元法及其在EDEM上的实践相对位移在相邻颗粒间产生的新的不平衡力，直至要求的循环次数或颗粒移动趋于稳定或颗粒受力趋于平衡。
并且计算过程按照时步迭代遍历整个颗粒体，计算时间的长度可以根据需要自行设定。
EDEM并行计算能力对于某些特定的问题，DEM模拟可能会所需要很大的计算量，单处理器计算往往难于满足仿真的要求。
EDEM的并行计算模块是分析该类问题的有力工具。
图1.11给出Processor数目对计算速度的影响，能够知道随着处理器数目的增加，计算速度近似线性增长。
该测试是在2x Quad-core 3.2 GHz Intel Xeon 、8GB内存和Windows XP Professional x64 Edition (SP2)操作系统上进行的。
图1.11 Processor个数变化对计算速度影响Analyst——EDEM强大的后处理工具后处理模块（Analyst）提供了对仿真结果进行分析和判断的非常丰富的工具。
可以用动画方式显示仿真过程，用图表显示仿真结果，创建动画文件并可输出结果数据到其他处理程序中。
图1.12 3D动画显示图1.13 剖面显示图1.14 各种类型的统计图表（a）原型显示粒子（b）向量显示粒子（c）流方式显示粒子（d）球锥方式显示粒子图1.15 不同类型的粒子显示方式EDEM软件的LICENSE管理及运行平台EDEM具有先进license管理和软件配置机制，可以最大限度利用现有的license资源，避免不必要的license资源浪费。
FLUENT软件的license管理机制和运行平台具有以下优势：1)EDEM的license可以在支持TCP/IP协议的局域网环境浮动，license服务可以安装在WINDOWS、LINUX平台。
2)所支持的操作系统：♦Windows XP Service Pack 3 – 32bit (微软XP 32位操作系统)♦Windows XP Service Pack 2 – 64bit (微软XP 64位操作系统)♦Redhat Enterprise Linux Workstation 5 – 64bit(红帽企业版Linux第5版)EDEM应用案例SAG球磨机模拟开普敦大学使用EDEM分析了SAG球磨机衬板磨损前后提升效果的差别。
磨损前磨损后衬板磨损前后的轮廓对比衬板轮廓随时间的变化提升效果对比棒磨机模拟洛阳矿山机械设计研究院采用EDEM进行了棒磨机，立式破碎机的模拟研究。
设备原型衬板结构EDEM模拟结果破碎机工作示意图国外其他算例列举各种类型的颗粒研磨颗粒破碎颗粒破碎典型用户：以下为碎磨工艺模拟方面应用EDEM进行研究的企业及高校：✓ME Elecmatel (美伊电钢)——南美著名克罗拉财团旗下的跨国集团公司，公司依托其百年品牌、技术实力及全球市场覆盖，为矿山破碎，粉磨工段用设备提供高端耐磨件。
✓Ludowici in Chile——卢德维琪矿业公司智利分公司。
✓University of Queensland (昆士兰大学)—— Julius Kruttschnitt Mineral Research Centre使用EDEM进行球磨机破碎环境方面的研究工作。
✓Universidade Federal do Rio de Janeiro (里约热内卢联邦大学)——该校的Department of Metallurgical and Materials Engineering使用EDEM软件对球磨机中粗颗粒破碎率进行研究。
✓中信集团洛阳矿山机械设计研究院——该院的粉磨机械研究所主要从事各类粉磨机械和工艺研究、设计与开发，以及有关破碎、磨矿工程的工程工艺设计研究。
✓吉林大学、太原科技大学、武汉理工大学等也已经使用EDEM软件对影响磨机工作效果的各种因素进行仿真分析。