一种非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法

技术领域

本发明涉及计算机数据处理技术领域，具体而言，涉及一种非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法。

背景技术

在散料输送与装卸系统中，转载机构是整个系统的咽喉。现有的转载机构一般包括溜槽，溜槽通常采用直线型结构，其具有制作简单、方便安装的优点，但却不能很好地控制料流，在各种影响因素的作用下，容易造成转载溜槽出现物料堵塞、溜槽散料、噪声高、粉尘大、破碎率高、溜槽磨损等问题，既影响了正常的工业生产，又增加了生产成本。

离散单元法是研究非连续型物质结构和运动规律的一种数值方法，其基本原理是将散粒体分离成离散单元的集合，利用牛顿第二定律建立每个单元的运动方程，用动态松弛法迭代求解，进而得到整个颗粒系统的演化过程，如此可以细致地模拟各离散单元的相互作用，适用于模拟离散组合体的接触和碰撞过程。在没有可靠理论研究工业生产设备中物料运动情况下，可以通过离散元方法模拟物料运动行为，以节省大规模试验所需要的费用，降低生产成本。

经过大量检索发现，现有技术中并没有一种利用离散单元法模拟研究非球形颗粒在传送带上运动行为以节省大规模试验所需要的费用的方法。

发明内容

基于此，为了解决现有技术中并没有一种利用离散单元法模拟研究非球形颗粒在传送带上运动行为以节省大规模试验所需要的费用的方法的问题，本发明提供了一种非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法，其具体技术方案如下：

一种非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法，包括如下步骤：

构建带式物料传送机构三维模型并将所述带式物料传送机构三维模型导入离散元软件；

构建非球形颗粒并将所述非球形颗粒导入离散元软件中；

根据所述非球形颗粒设置颗粒工厂以及颗粒参数；

设定所述带式物料传送机构三维模型的仿真参数以及仿真步长；

对所述带式物料传送机构三维模型进行模拟计算，输出数值模拟结果。

所述非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法通过离散元方法对非球形颗粒在带式物料传送机构的输送过程以及运动行为进行模拟仿真，可以为带式物料传送机构的设计提供有价值的参考，对产品进行预测研究并在产品生产使用前发现带式物料传送机构相关部件是否存在严重质量问题，节省了大规模试验所需要的费用，降低了生产成本。

进一步地，所述颗粒参数包括所述非球形颗粒之间以及所述非球形颗粒与所述带式物料传送机构之间的滚动摩擦系数、静摩擦系数以及碰撞恢复系数。

进一步地，所述颗粒参数还包括所述非球形颗粒的泊松比以及杨氏模量。

进一步地，所述仿真参数包括所述非球形颗粒的数量、所述非球形颗粒的下落速度以及皮带的运行速度。

进一步地，通过Hertz-Mindlin模型计算皮带的作用力F；

其中，

进一步地，所述离散元软件为EDEM软件，所述EDEM软件中的接触模型为Hertz-Mindlin模型。

进一步地，所述带式物料传送机构三维模型包括多个离散单元，多个所述离散单元包括进料箱、皮带、传送槽以及接料箱。

进一步地，通过三维软件SolidWorks构建所述带式物料传送机构三维模型。

进一步地，所述仿真步长为1×10-5s。

相应地，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本发明一实施例中一种非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法的整体流程示意图；

图2是本发明一实施例中一种非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法的带式物料传送机构三维模型的结构示意图；

图3是本发明一实施例中一种非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法的非球形颗粒的结构示意图；

图4是本发明一实施例中一种非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法的非球形颗粒在仿真时间为10s时的速度分布示意图。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1所示，本发明一实施例中的一种非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法，包括如下步骤：

如图2所示，构建带式物料传送机构三维模型并将所述带式物料传送机构三维模型导入离散元软件；

如图3所示，构建非球形颗粒并将所述非球形颗粒导入离散元软件中；

根据所述非球形颗粒设置颗粒工厂以及颗粒参数；

设定所述带式物料传送机构三维模型的仿真参数以及仿真步长；

对所述带式物料传送机构三维模型进行模拟计算，输出数值模拟结果。

所述非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法通过离散元方法对非球形颗粒在带式物料传送机构的输送过程以及运动行为进行模拟仿真，真实客观地反应了非球形颗粒在带式传送结构的受力机理和磨损估计，可以为带式物料传送机构的设计提供有价值的参考，对产品进行预测研究并在产品生产使用前发现带式物料传送机构相关部件是否存在严重质量问题，节省了大规模试验所需要的费用，降低了生产成本。

在其中一个实施例中，所述颗粒参数包括所述非球形颗粒之间以及所述非球形颗粒与所述带式物料传送机构之间的滚动摩擦系数、静摩擦系数与碰撞恢复系数，还有所述非球形颗粒的泊松比以及杨氏模量。

如图4所示，通过设定所述颗粒参数，可以保证述非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法的准确性，使得所述数值仿真方法能够表示真实非球形颗粒在带式物料传送机构上的传送过程与运动行为。

在其中一个实施例中，所述仿真参数包括所述非球形颗粒的数量、所述非球形颗粒的下落速度以及皮带的运行速度。

在其中一个实施例中，通过Hertz-Mindlin模型计算皮带的作用力F；

其中，

通过所述作用力来确定非球形颗粒与皮带各部位之间的摩擦力F

在其中一个实施例中，所述离散元软件为EDEM软件，所述EDEM软件中的接触模型为Hertz-Mindlin模型。

在其中一个实施例中，所述带式物料传送机构三维模型包括多个离散单元，多个所述离散单元包括进料箱、皮带、传送槽以及接料箱。

根据所述非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法进行模拟仿真后可以知道，非球形颗粒获得皮带运行方向基本相同的分速度并集中运动到传送槽内，然后非球形颗粒在重力的作用下集中在皮带上。当非球形颗粒加载到皮带下游前后时具有相同或相似截面形状，非球形颗粒与皮带重心重合并集中加载可避免落料不居中造成皮带跑偏。同时，非球形颗粒获得与皮带下游运行方向相同的分速度，可减少非球形颗粒与皮带之间的带速差，降低对皮带的冲击，提高皮带运行效率，并最大程度减少非球形颗粒与皮带之间的相对运动，减轻皮带的磨损，提高皮带的使用寿命。

其中，非球形颗粒在卸料口的水平分速度V

通过分析每一个非球形颗粒的速度与位置以及非球形颗粒之间的碰撞强度与频率，可以预测出非球形颗粒是否会发生堵料、积料以及下落情况。

在其中一个实施例中，为了降低皮带磨损，防止出现积料堵塞情况，所述皮带速度为2m/s。

在其中一个实施例中，按输送带中心线划分方式采用极限评价指标分析输送带可能产生的“偏移量”。

所述非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法还包括定义所述非球形颗粒的形状特征以及粒度分度；在将所述非球形颗粒导入离散元软件后，定义所述进料箱、皮带、传送槽以及接料箱的材料以及运动特征，以50kg/s的流量生成500kg的非球形颗粒，并设定仿真时间以及保存间隔时间，以更好地实现所述数值模拟方法。

在其中一个实施例中，非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法还包括步骤：获取所述皮带的受力分布图，根据所述受力分布图找出皮带载荷最大部位。如此，可以针对性地对皮带载荷最大部位进行改造或保护，提高皮带使用寿命。

在其中一个实施例中，通过三维软件SolidWorks构建所述带式物料传送机构三维模型。

在其中一个实施例中，所述仿真步长为1×10

在其中一个实施例中，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的非球形颗粒带式物料输送过程的数值模拟方法。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。