Моделирование динамики гранулированных сред в технологических машинах

• Автор: Петряев, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 235 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Управление технологическими машинами для перемещения,
I смешивания, сепарации гранулированных сред и вибрационной
отделочно-упрочняющей обработки
1.1. Технология гранулированных материалов. Оборудование, показатели эффективности
1.2. Физико-механические процессы в движущихся гранулированных средах. Важнейшие экспериментальные и теоретические результаты
1.3. Место и возможности компьютерных методов моделирования динамики гранулированных сред в технологических машинах
1.4. Выводы
1.5. Цели и задачи исследования
2. Разработка методов моделирования динамических процессов в гранулярной массе загрузки технологических машин
2.1. Модели взаимодействия в гетерогенных системах «мягких» частиц
2.1.1. Моделирование динамики взаимодействий
2.1.2. Моделирование граничных условий
2.1.3. Схема интегрирования уравнений динамики системы
2.2. Алгоритм моделирования фазовой траектории ансамбля “мягких частиц”
2.3. Определение интегральных динамических параметров среды по фазовой траектории гетерогенного ансамбля «жестких» и «мягких» частиц
2.3.1. Фазовая траектория и типы средних
2.3.2. Лагранжевы характеристики
2.3.3. Эйлеровы характеристики
2.4. Выводы
3. Методика проведения экспериментов и разработки программных средств моделирования
(I 3.1. Исследование кинематики частиц гетерогенного гранулярного
ансамбля
3.2. Исследование влияния динамического состояния массы загрузки на характеристики привода вибрационного станка
3.3. Основные функциональные характеристики и архитектура

программного комплекса
3.4. Особенности программной реализации основных модулей программ моделирования
3.5. Выводы
4. Численные и экспериментальные исследования динамических
Г процессов в гранулярных системах технологических машин
4.1. Динамика единичных взаимодействий
4.2. Фундаментальные движения в гранулированной среде. Теория, моделирование, эксперимент
4.2.1. Напряженное состояние в гранулярной загрузке силоса
4.2.2. Динамика поршневого течения гранулированной среды
в прямоугольном бункере
4.3. Динамическое состояние гранулированной среды в вибрационных технологических машинах
4.3.1. Виброакустическая активность процесса виброударного упрочнения лонжерона лопасти несущего винта вертолета
4.3.2. Исследование закономерностей движения Л цилиндрического образца в циркулирующей гранулярной
массе загрузки
4.3.3. Исследование энерго-силовых характеристик привода вибрационного станка в связи с динамическим состоянием гранулярной массы загрузки
4.4. Выводы
5. Примеры и рекомендации по применению разработанных методов моделирования и программных средств для проектирования рабочих органов и систем привода технологических машин
5.1. Поверхностные волны, вызванные гидродинамической неустойчивостью гранулярной массы загрузки вибрационной машины
5.2. Динамическое воздействие гранулярной массы загрузки на
стенки грузонесущего рабочего органа транспортных машин
5.3.0 сходе горных лавин
^ Основные результаты и выводы по работе
Список использованной литературы
Приложения

Введение.
Человеческая жизнь состоит из совокупности разнообразных видов деятельности и представляет собой процесс производства средств, необходимых для самой жизни. Человек способен производить на основе использования природного материала, без знания свойств самого материала, не применяя никаких орудий труда. Однако, эффективность производства возрастает в несколько раз, если человек использует даже простейшие орудия труда, а знания свойств материала дают ему еще больше преимуществ.
Гранулированные материалы состоят из отдельных твердых частиц, распределенных в вакууме, газе или жидкости. Они часто встречаются в природе: песок, камни и почва - примеры естественных гранулированных материалов. Однако, человек использует не только естественные гранулированные материалы. Руда, зерно, фармацевтические препараты и различные химические соединения -это примеры гранулированных материалов, появившихся в результате производственной деятельности, и непосредственно участвующих в ней.
Гранулированные материалы, как средства производства, используются на протяжении долгого времени. Еще древние египтяне знали об абразивных свойствах песка, и успешно применяли его для полировки облицовочных плит, которые шли на постройку храмовых комплексов. По этому поводу Пифагор, несколько раз за свою жизнь посетивший Египет, сказал, что человеку свойственно “работать тем, что лежит у него под ногами”. Однако, эра простого использования подручных материалов осталась далеко позади. Только глубокие знания о природе вещей способны повлиять на эффективность человеческой деятельности, и в итоге усовершенствовать ее.
В технологических процессах гранулированные материалы могут играть роль, как объекта воздействия, так и инструмента. В первом случае речь идет о таких технологических процессах, как перемещение, хранение и переработка гранулированных материалов (химическая промышленность, горное дело и переработка сельскохозяйственной продукции). Во втором случае имеется в виду вибрационная, центробежно-ротационная и дробеструйная отделочно-упрочняющая обработка на основе технологического эффекта ударно-
Опыт компьютерного моделирования поведения гранулированных материалов показывает, что качественно поведение реальных и смоделированных материалов отличается незначительно. Методы моделирования успешно воспроизводят все характерные явления, присущие гранулированным материалам * - дилатансию, сегрегацию, конвекцию, поверхностные волны и прочее.
К сожалению, большинство известных работ (за исключением [57, 121], и некоторых других) не были прямо ориентированы на изучение поведения гранулированного материала в условиях, подобных промышленным.
Работа [121] - вероятно единственная на сегодняшний день, в которой дан метод трехмерного моделирования технологических гранулированных сред. Однако, авторы ставили перед собой задачу, которая заключается именно в разработке метода моделирования, и анализе производительности метода, и не направлена на изучение закономерностей поведения моделируемых систем. Возможно, эти задачи будут решаться авторами в дальнейшем.

Рис 1.15 Примеры моделей технологических процессов и машин в работе
[121].
Метод моделирования динамики технологических гранулированных сред на основе концепции жестких частиц был разработан совместно Шевцовым и Петряевым [48, 54, 56]. Однако, в этой работе авторы столкнулись с рядом проблем (связанных с особенностями ED-метода), которые препятствовали перспективному развитию метода. Фактически, разработанный ED-метод был способен решать ограниченное множество задач, а именно: моделирование * произвольных разреженных систем частиц и сильно возбужденных систем средней плотности, при этом удалось реализовать только вибрационное возбуждение гранулированной системы. Моделировались исключительно однородные системы частиц, с возможностью включения одной крупной частицы.