一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法
【专利摘要】本发明一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法，属于计算机模拟分析领域。该方法具体步骤如下：1)建立细长金属管模型；2)建立药剂颗粒加料模型；3)建立药剂颗粒模型；4)建立细长金属管夯实动作模型；5)利用步骤1)至步骤4)所建立的离散元模型进行夯实仿真。本发明通过建立粉料颗粒多尺度夯实模型，利用计算机模拟夯实动作中细长金属管内部药剂颗粒的运动和药剂颗粒密度变化过程，为基于冲击振动的夯实装置夯实工艺提供了可行性理论依据。
【专利说明】一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机模拟分析领域，特别是一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法。
【背景技术】
[0002]细长金属管粉体颗粒的夯实是火工品装药的生产难点。因为火工品对细长金属管内药剂颗粒的密度、均匀性要求较高，细长金属管药剂颗粒的夯实密度成为影响火工品质量的关键因素。目前我国的火工品依然采用单模单发的手工生产模式，在这种生产模式下，存在着如下问题:(I)产品一致性差；(2)劳动强度高、生产效率低；(3)对操作人员存在健康和安全隐患。针对这些问题，以垂直冲击振动压实原理为基础，研制了基于冲击振动的夯实装置，该装置利用药剂颗粒的自身重力进行装填，通过垂直方向上的振动冲击作用使药剂颗粒进行重新排列，以达到提高装药密实度的目的。该夯实装置解决了产品一致性差的问题，降低了劳动强度，提高了生产效率，同时实现了完全的人机隔离，保障了操作人员的健康和安全。
[0003]但是在夯实装置运行过程中，无法对夯实动作中细长金属管内部药剂颗粒的运动、药剂颗粒密度变化过程进行观察。而药剂颗粒的多尺度建模方法是从颗粒的角度出发，建立药剂颗粒的夯实模型，通过模型的建立和仿真，揭示宏观运动过程，为解决上述问题提供了有效的解决途径。
[0004]目前，多尺度建模方法在岩土、矿冶、农业、化工、制药和环境等领域有广泛地应用，但是针对细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒多尺度建模还尚待研究。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服上述不足，提供一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法，它可以模拟夯实动作中细长金属管内部药剂颗粒的运动和药剂颗粒密度变化过程。
[0006]一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法，具体步骤如下:
[0007]I)建立细长金属管模型，采用中空状圆柱体墙面对细长金属管进行模拟，并设定圆柱体墙面内壁为有效侧；在圆柱体墙面底部设置底端墙面对堵头进行模拟，并设定底端墙面的上表面为有效侧；
[0008]2)建立药剂颗粒加料模型，采用漏斗状墙面对药剂颗粒加料模型进行模拟，漏斗状墙面位于中空状圆柱体墙面的上方，设定漏斗状墙面内壁为有效侧，且设定其为药剂颗粒生成的边界条件；
[0009]3)建立药剂颗粒模型，根据步骤2)中得到的药剂颗粒生成边界条件，建立线性接触刚度模型对药剂颗粒模型进行模拟；
[0010]4)建立细长金属管夯实动作模型对夯实动作进行模拟；[0011]5)利用步骤I)至步骤4)所建立的离散元模型进行夯实仿真，在仿真过程中观察内部药剂颗粒运动和不同高度时的颗粒孔隙度，并采用孔隙度作为衡量夯实动作完成后药剂颗粒密度均匀度的参数指标，验证夯实完成后细长金属管内部各高度药剂颗粒密度均匀性。
[0012]进一步的，步骤2)中药剂颗粒生成的边界条件判断公式为:
[0013]
【权利要求】
1.一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，具体步骤如下: 1)建立细长金属管模型，采用中空状圆柱体墙面对细长金属管进行模拟，并设定圆柱体墙面内壁为有效侧；在圆柱体墙面底部设置底端墙面对堵头进行模拟，并设定底端墙面的上表面为有效侧； 2)建立药剂颗粒加料模型，采用漏斗状墙面对药剂颗粒加料模型进行模拟，漏斗状墙面位于中空状圆柱体墙面的上方，设定漏斗状墙面内壁为有效侧，且设定其为药剂颗粒生成的边界条件； 3)建立药剂颗粒模型，根据步骤2)中得到的药剂颗粒生成边界条件，建立线性接触刚度模型对药剂颗粒模型进行模拟； 4)建立细长金属管夯实动作模型对夯实动作进行模拟； 5)利用步骤I)至步骤4)所建立的离散元模型进行夯实仿真，在仿真过程中观察内部药剂颗粒运动和不同高度时的颗粒孔隙度，并采用孔隙度作为衡量夯实动作完成后药剂颗粒密度均匀度的参数指标，验证夯实完成后细长金属管内部各高度药剂颗粒密度均匀性。
2.如权利要求1所述的一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，步骤2)中药剂颗粒生成的边界条件判断公式为:
3.如权利要求1所述的一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，步骤3)中所述建立线性接触刚度模型对药剂颗粒模拟的具体方法为:利用弹簧模拟颗粒单元的之间的弹性，阻尼器模拟颗粒单元之间的非弹性，用带有摩擦系数的滑块来模拟颗粒之间存在摩擦， 利用力一位移接触定律可以计算两颗粒相互作用的接触力:
F: = K11U11H 式中，为法向接触力；κη为法向刚度系数；Un为法向接触位移；n为单位法向量； AF:=kAUx Fc =Fc + AFc SOSS 式中，Ks为切向接触刚度；AUsS相对切向位移增量；AF/为切向接触力增量F为当前时步的切向接触力'F:s为前一时步切向接触力； 所以颗粒所受合力F为:F = K + F:十 mg 根据颗粒的合力情况可利用牛顿第二定律建立运动定律方程:
F = ma0
4.如权利要求1所述的一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，步骤4)中所述对夯实动作进行模拟包括有两个阶段: 4-1)药剂颗粒的自由落体阶段； 4-2)识别底部药剂颗粒层，并对其施加夯实作用力； 且夯实动作次数、自由落体高度和夯实力均可调。
5.如权利要求1所述的一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，步骤5)中进行夯实动作的仿真和观察包括有两个阶段: 5-1)初始平衡状态仿真和观察，初始平衡状态为加料完成后初始的平衡状态； 5-2)夯实动作完成后的平衡仿真和观察。
6.如权利要求1所述的一种细长金属管粉料夯实过程药剂颗粒的多尺度模型建立方法，其特征在于，所述夯实动作的仿真包括循环计算过程，即在以下两个步骤间循环: 6-1)利用力一位移定律计算，运用于颗粒与墙体的接触上，得到接触力； 6-2)利用运动定律计算，运用于每个颗粒上，得到颗粒与墙体的位移，形成新的接触。
【文档编号】G06F17/50GK103955592SQ201410221972
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月23日 优先权日:2014年5月23日
【发明者】林景栋, 林湛丁, 林秋阳, 王珺珩, 邱欣, 谢杨, 徐春慧, 游佳川 申请人:重庆大学