东莞振动盘单颗粒模拟程序的确认

模拟模型的确认就是要确定模型是否能够正确地代表所研究的系统。本节模拟了不同粒度颗粒在东莞振动盘上运动状态的差异以及单个颗粒的混沌运动，并同前人的研究进行了比较，以此来对模拟程序进行确认研究。

1计算参数的选定。
首先要选取合理的计算参数。取计算时步的保险系数为0.1，而后采用恢复系数检验法来选取合理的接触刚度。为此，模拟了不同接触刚度下颗粒同振动盘动盘之间的正碰撞(即振动盘的振动方向角),颗粒的粒度为25 mm，密度为1.5时，筛分机振幅A =4mm，转速n=1200r/min,颗粒从形心距离振动盘0.5 m的高度作自由落体运动的瞬时筛分机开始运转，考察了最初连续10次碰撞的恢复系数模拟值、总接触时步数Tcs和总接触时间TCT，
当接触刚度取5x10N/m时模拟的精度最高。以下数值模拟试验中令颗粒同振动盘之间的法向接触刚度和切向接触刚度等同，即均为5 x IOSN/m,摩擦因数为0.3，碰撞的恢复系数为0.5，

2不同粒度颗粒在东莞振动盘上运动状态的模拟结果及试验验证
振动筛振动盘上不同粒度颗粒运动状态的差异，共同的观点是:在同一振动强度的振动盘上，不同粒度颗粒的运动状态不同，大颗粒跳得高且远，小颗粒跳得低且近。关于造成大小颗粒这种运动状态差异的原因，普遍认为是由于大小不同的颗粒同弹性振动盘发生碰撞时的恢复系数不同，大颗粒的恢复系数比小颗粒的恢复系数要大。进而以此为依据，取大小颗粒的恢复系数分别为0.8和0.3，考察了10次大小颗粒跳动的运动速度比值，除两次大颗粒的跳动速度比小颗粒的跳动速度小外，其余8次大颗粒的跳动速度均大于小颗粒的跳动速度，大颗粒的最大跳动速度可以达到小颗粒跳动速度的3倍。然而经典物理学又有观点认为:恢复系数只同碰撞物体的材质有关，而与粒度无关。为进一步验证这一现象，借助于高速动态分析系统，本书对这一现象进行了试验观察，并在同一恢复系数下(e=0.5)进行了数值模拟。

试验在中国矿业大学干法筛分实验室筛分动力学研究二维模型试验台上进行，筛分机为试验用双电动机拖动的直线振动筛。该筛分机的边框由透明材料制成，可以清晰地观察、拍摄到颗粒在振动盘上的运动情况。筛分机的振动盘倾角及宽度均可调。试验中筛分机水平放置，筛宽为30mm，振动方向角为45，振幅为2. 5mm，电动机转速为1360r/min。试验中将振动盘取代为平整的钢板，考察了粒度分别为6mm和13 mm的玻璃球在振动平面上的运动状态。
试验中的监测装置采用的是日本NAC公司研制的高速动态分析系统。该系统的核心设备Memrecam Ci一3高速摄影机的拍摄速度可根据实际需要进行调节，最高可达2000幅/s，试验中采用的拍摄速度为100幅/s。通过随机携带的分析软件可以得到任意瞬间拍摄对象的位移、速度、加速度以及碰撞时的冲量等运动学参数。这里重点考察了颗粒在振动盘上跳动时起跳的初速度及跳动高度，为此对每个颗粒都考察了5次连续跳动时的情况，
颗粒在振动盘上跳动的轨迹。可以看出球形颗粒在振动盘上连续地跳动，表现出很强的规律性，13mm颗粒跳动的高度较高，起跳时的初速度也较大。

实际模拟中将筛分机振幅、转速、振动盘倾角和振动方向角分别设置为5.5mm, 1200r/min, 0和45，模拟了在此筛分机工作条件下不同粒度颗粒的运动状态，主要考察了颗粒在振动盘上的运动轨迹及颗粒的形心高度随时间的变化情况。颗粒的粒度分别取13mm, 25mm, 50mm 006个水平，颗粒的密度为1.5。

为使各个不同粒度颗粒之间的运动轨迹具有良好的可比性，实际模拟中对各个不同粒度颗粒应采用统一的计算时步。根据计算时步的计算公式，在其他条件相同的情况下，颗粒的粒度越小，选取的计算时步越小。虽然不能简单地认为缩短计算时步就可以提高计算精度，但是在保险系数小于0.1的情况下，从模拟结果来看，模拟精度基本上都满意。因此，应该选取粒度最小的颗粒所对应的计算时步作为统一的计算时步，这样就可以保证在该计算时步下进行的模拟对所有粒度的颗粒都有较强的适应性。在本例中，当接触刚度为5 x 105 N/m，保险系数为0.1时，粒度为13mm的颗粒对应的计算时步为0. 0186ms，最终确定这一时步作为统一的计算时步。

模拟结果显示，除个别情况外，相同的筛分机工作条件下，大颗粒比小颗粒跳得高且远，一即大颗粒的运动状态较小颗粒活跃，仿真程序取得了满意的模拟结果。不同粒度颗粒在振动振动盘上运动状态的差异有利于物料层按粒度分层。

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