一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法
【專利摘要】本發(fā)明一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法，屬于計算機模擬分析領(lǐng)域。該方法具體步驟如下：1)建立細長金屬管模型；2)建立藥劑顆粒加料模型；3)建立藥劑顆粒模型；4)建立細長金屬管夯實動作模型；5)利用步驟1)至步驟4)所建立的離散元模型進行夯實仿真。本發(fā)明通過建立粉料顆粒多尺度夯實模型，利用計算機模擬夯實動作中細長金屬管內(nèi)部藥劑顆粒的運動和藥劑顆粒密度變化過程，為基于沖擊振動的夯實裝置夯實工藝提供了可行性理論依據(jù)。
【專利說明】一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機模擬分析領(lǐng)域，特別是一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002]細長金屬管粉體顆粒的夯實是火工品裝藥的生產(chǎn)難點。因為火工品對細長金屬管內(nèi)藥劑顆粒的密度、均勻性要求較高，細長金屬管藥劑顆粒的夯實密度成為影響火工品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。目前我國的火工品依然采用單模單發(fā)的手工生產(chǎn)模式，在這種生產(chǎn)模式下，存在著如下問題:(I)產(chǎn)品一致性差；(2)勞動強度高、生產(chǎn)效率低；(3)對操作人員存在健康和安全隱患。針對這些問題，以垂直沖擊振動壓實原理為基礎(chǔ)，研制了基于沖擊振動的夯實裝置，該裝置利用藥劑顆粒的自身重力進行裝填，通過垂直方向上的振動沖擊作用使藥劑顆粒進行重新排列，以達到提高裝藥密實度的目的。該夯實裝置解決了產(chǎn)品一致性差的問題，降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率，同時實現(xiàn)了完全的人機隔離，保障了操作人員的健康和安全。
[0003]但是在夯實裝置運行過程中，無法對夯實動作中細長金屬管內(nèi)部藥劑顆粒的運動、藥劑顆粒密度變化過程進行觀察。而藥劑顆粒的多尺度建模方法是從顆粒的角度出發(fā)，建立藥劑顆粒的夯實模型，通過模型的建立和仿真，揭示宏觀運動過程，為解決上述問題提供了有效的解決途徑。
[0004]目前，多尺度建模方法在巖土、礦冶、農(nóng)業(yè)、化工、制藥和環(huán)境等領(lǐng)域有廣泛地應(yīng)用，但是針對細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒多尺度建模還尚待研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法，它可以模擬夯實動作中細長金屬管內(nèi)部藥劑顆粒的運動和藥劑顆粒密度變化過程。
[0006]一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法，具體步驟如下:
[0007]I)建立細長金屬管模型，采用中空狀圓柱體墻面對細長金屬管進行模擬，并設(shè)定圓柱體墻面內(nèi)壁為有效側(cè)；在圓柱體墻面底部設(shè)置底端墻面對堵頭進行模擬，并設(shè)定底端墻面的上表面為有效側(cè)；
[0008]2)建立藥劑顆粒加料模型，采用漏斗狀墻面對藥劑顆粒加料模型進行模擬，漏斗狀墻面位于中空狀圓柱體墻面的上方，設(shè)定漏斗狀墻面內(nèi)壁為有效側(cè)，且設(shè)定其為藥劑顆粒生成的邊界條件；
[0009]3)建立藥劑顆粒模型，根據(jù)步驟2)中得到的藥劑顆粒生成邊界條件，建立線性接觸剛度模型對藥劑顆粒模型進行模擬；
[0010]4)建立細長金屬管夯實動作模型對夯實動作進行模擬；[0011]5)利用步驟I)至步驟4)所建立的離散元模型進行夯實仿真，在仿真過程中觀察內(nèi)部藥劑顆粒運動和不同高度時的顆粒孔隙度，并采用孔隙度作為衡量夯實動作完成后藥劑顆粒密度均勻度的參數(shù)指標，驗證夯實完成后細長金屬管內(nèi)部各高度藥劑顆粒密度均勻性。
[0012]進一步的，步驟2)中藥劑顆粒生成的邊界條件判斷公式為:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，具體步驟如下: 1)建立細長金屬管模型，采用中空狀圓柱體墻面對細長金屬管進行模擬，并設(shè)定圓柱體墻面內(nèi)壁為有效側(cè)；在圓柱體墻面底部設(shè)置底端墻面對堵頭進行模擬，并設(shè)定底端墻面的上表面為有效側(cè)； 2)建立藥劑顆粒加料模型，采用漏斗狀墻面對藥劑顆粒加料模型進行模擬，漏斗狀墻面位于中空狀圓柱體墻面的上方，設(shè)定漏斗狀墻面內(nèi)壁為有效側(cè)，且設(shè)定其為藥劑顆粒生成的邊界條件； 3)建立藥劑顆粒模型，根據(jù)步驟2)中得到的藥劑顆粒生成邊界條件，建立線性接觸剛度模型對藥劑顆粒模型進行模擬； 4)建立細長金屬管夯實動作模型對夯實動作進行模擬； 5)利用步驟I)至步驟4)所建立的離散元模型進行夯實仿真，在仿真過程中觀察內(nèi)部藥劑顆粒運動和不同高度時的顆粒孔隙度，并采用孔隙度作為衡量夯實動作完成后藥劑顆粒密度均勻度的參數(shù)指標，驗證夯實完成后細長金屬管內(nèi)部各高度藥劑顆粒密度均勻性。
2.如權(quán)利要求1所述的一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，步驟2)中藥劑顆粒生成的邊界條件判斷公式為:
3.如權(quán)利要求1所述的一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，步驟3)中所述建立線性接觸剛度模型對藥劑顆粒模擬的具體方法為:利用彈簧模擬顆粒單元的之間的彈性，阻尼器模擬顆粒單元之間的非彈性，用帶有摩擦系數(shù)的滑塊來模擬顆粒之間存在摩擦， 利用力一位移接觸定律可以計算兩顆粒相互作用的接觸力:
F: = K11U11H 式中，為法向接觸力；κη為法向剛度系數(shù)；Un為法向接觸位移；n為單位法向量； AF:=kAUx Fc =Fc + AFc SOSS 式中，Ks為切向接觸剛度；AUsS相對切向位移增量；AF/為切向接觸力增量F為當前時步的切向接觸力'F:s為前一時步切向接觸力； 所以顆粒所受合力F為:F = K + F:十 mg 根據(jù)顆粒的合力情況可利用牛頓第二定律建立運動定律方程:
F = ma0
4.如權(quán)利要求1所述的一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，步驟4)中所述對夯實動作進行模擬包括有兩個階段: 4-1)藥劑顆粒的自由落體階段； 4-2)識別底部藥劑顆粒層，并對其施加夯實作用力； 且夯實動作次數(shù)、自由落體高度和夯實力均可調(diào)。
5.如權(quán)利要求1所述的一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，步驟5)中進行夯實動作的仿真和觀察包括有兩個階段: 5-1)初始平衡狀態(tài)仿真和觀察，初始平衡狀態(tài)為加料完成后初始的平衡狀態(tài)； 5-2)夯實動作完成后的平衡仿真和觀察。
6.如權(quán)利要求1所述的一種細長金屬管粉料夯實過程藥劑顆粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，所述夯實動作的仿真包括循環(huán)計算過程，即在以下兩個步驟間循環(huán): 6-1)利用力一位移定律計算，運用于顆粒與墻體的接觸上，得到接觸力； 6-2)利用運動定律計算，運用于每個顆粒上，得到顆粒與墻體的位移，形成新的接觸。
【文檔編號】G06F17/50GK103955592SQ201410221972
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】林景棟, 林湛丁, 林秋陽, 王珺珩, 邱欣, 謝楊, 徐春慧, 游佳川 申請人:重慶大學