EDEM-顆粒系統(tǒng)的離散元模擬與測(cè)試

1、機(jī)械工程學(xué)院級(jí)碩士研究生一級(jí)學(xué)科實(shí)驗(yàn)任務(wù)書實(shí)驗(yàn)人員： 實(shí)驗(yàn)成績(jī)： 指導(dǎo)老師： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)名稱：顆粒系統(tǒng)的離散元模擬與測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備：EDEM軟件實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1）EDEM軟件開發(fā)及應(yīng)用 2）EDEM軟件操作過程 3)基于EDEM的箱體澆注實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基于EDEM的箱體澆注實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)1. 設(shè)計(jì)一個(gè)箱體澆注實(shí)驗(yàn)，并給出實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)過程和流程圖；2. 在流動(dòng)場(chǎng)條件下施加振動(dòng)對(duì)固體顆粒運(yùn)動(dòng)的影響，試圖得到顆粒在復(fù)雜的鑄 件結(jié)構(gòu)下的充型狀態(tài)圖等，并分析各個(gè)振動(dòng)條件（振動(dòng)自由度、頻率、振幅）對(duì)充型情況影響程度的大小。3. 分析參數(shù)對(duì)充型過程的影響，找出最佳實(shí)驗(yàn)

2、方案。 二實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 實(shí)驗(yàn)原理利用EDEM與Fluent固液耦合的方法研究在固液兩相流的條件下，機(jī)械振動(dòng)對(duì)鑄造充型過程的影響，隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和鑄造過程相結(jié)合已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。鑄造過程數(shù)值模擬可以預(yù)測(cè)鑄件的缺陷，如縮孔、縮松、裂紋、氣孔及澆不足等，并通過圖像直觀地顯示其位置和大小，從而為技術(shù)人員提供參考。在生產(chǎn)前制定合理的工藝方案，可以減少多次試制造成的浪費(fèi)。通過觀察溫度場(chǎng)，技術(shù)人員可以分析氣孔和澆不足等缺陷；觀察金屬液體充型時(shí)的流場(chǎng)分布情況，可以分析澆注系統(tǒng)是否合理；通過對(duì)凝固過程的分析可以預(yù)測(cè)縮孔、縮松、應(yīng)力集中和裂紋等缺陷。通過對(duì)充型和凝固過程的分析，可以尋找

3、最優(yōu)的鑄造參數(shù)。 2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程首先是設(shè)計(jì)出合理的減速機(jī)箱體的鑄造尺寸，完成箱體的三維建模，然后利用ProCAST對(duì)靜止條件下的模型進(jìn)行簡(jiǎn)單充型，通過EDME-Fluent進(jìn)行耦合，設(shè)定耦合參數(shù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)參數(shù)的大小，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并整理。接著對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行耦合分析，尋找最優(yōu)的鑄造參數(shù)，然后確定最佳鑄造方案。其流程圖如下圖所示：減速機(jī)箱體澆注的實(shí)驗(yàn)流程圖 3.實(shí)驗(yàn)具體步驟（1） 根據(jù)實(shí)際情況，計(jì)算出毛坯件尺寸要留有加工余量，并用proe或solidworks完成三維建模，模具示意圖如下圖所示：圖1 減速機(jī)箱體模具示意圖（2）進(jìn)行ProCAST充型仿真，將三維建模圖形轉(zhuǎn)為igs格式，導(dǎo)入P

4、roCAST軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，之后選擇材料、邊界條件、界面?zhèn)鳠釛l件，在由計(jì)算機(jī)求解轉(zhuǎn)化為可視化結(jié)果或者結(jié)果分析。（3）運(yùn)用EDEM進(jìn)行固液耦合，耦合的模型選擇歐拉法歐拉耦合模型。（4）設(shè)置模型參數(shù)和顆粒屬性。 在Globals選項(xiàng)卡中設(shè)置全局變量，包括重力、材料和接觸參數(shù)等信息。重力加速度設(shè)為-9.81m/s2，方向?yàn)閆向。仿真模型設(shè)為接觸碰撞模型，顆粒與幾何體的材料參數(shù)如表2和表3所示。選擇球形顆粒作為仿真模型，設(shè)置顆粒直徑為0.2mm。表2 材料參數(shù)參數(shù)型腔砂箱干砂顆粒泊松比0.240.250.25剪切模量/（x108Pa）2.22.2700密度/（kgm-3）265026507800表3

5、接觸參數(shù)參數(shù)顆粒-型腔顆粒-顆粒靜摩擦系數(shù)0.080.3滾動(dòng)摩擦系數(shù)0.30.05恢復(fù)系數(shù)0.10.15（2） 利用前處理軟件gambit生成非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格，減速機(jī)箱體在CFD中計(jì)算區(qū)域?yàn)槟Ｐ蛢?nèi)部型腔，計(jì)算入口速度設(shè)為1m/s，出口采用壓力出口，模型外殼為壁面邊界，采用歐拉兩相流模型，在Fluent中設(shè)置液體參數(shù)，固體顆粒設(shè)置為固體HT250，湍流模型采用k-s模型，速度-壓力模型采用SIMPLE算法。4. 實(shí)驗(yàn)?zāi)M及結(jié)果分析為了考察不同振動(dòng)條件對(duì)金屬液充型過程的影響程度，減少試驗(yàn)次數(shù)，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，確定各因素的顯著水平，討論不同參數(shù)條件下，考察區(qū)域內(nèi)充型顆粒數(shù)目n的大小，耦合時(shí)間為1s.減速機(jī)箱體因素水平表減速機(jī)箱體正交試驗(yàn)表試驗(yàn)號(hào)ABC空列顆粒數(shù)目（個(gè)）111112122231333421235223162312731328321393321K1K2K3K1K2K3極差R因素排序 在固液兩相流耦合的情況下，EDEM中顯示結(jié)果，觀察在不同振動(dòng)條件下，金屬液充型過程中顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在固液耦合過程中，多維振動(dòng)充型開始時(shí)，金屬液中的固體顆粒從內(nèi)澆道頂端以一定初速度開始生成，并在重力以及液體的沖擊下開始自內(nèi)澆道下降。隨著顆粒的連續(xù)生成，顆粒隨著液體的流動(dòng)而流向型腔內(nèi)部，金屬液受到多維振動(dòng)所施加的力不同，金屬液對(duì)顆粒的沖擊程