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1、球形物冲击下的颗粒缓冲性能研究作 者 姓 名：冯君夫指 导 教 师：张英杰 讲师单 位 名 称：理学院专 业 名 称：工程力学东 北 大 学2013 年 6 月Research on Shock-Absorbing Capacity of Granular Materials under Sphere Impactby Feng JunfuSupervisor: Lecturer Zhang YingjieNortheastern UniversityJune 2013-i-毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：毕业设计（论文）题目：球形物冲击下的颗粒缓冲性能研究球
2、形物冲击下的颗粒缓冲性能研究设计设计(论文论文)的基本内容：的基本内容：（1）采用离散单元模型，对球形物体冲击下颗粒物质的缓冲性能进行数值模拟。在不同颗粒粒径、球形物大小、球形物密度以及冲击速度等因素下进行离散元计算，分析各参数对颗粒系统缓冲性能的影响。（2）设置试验方案，以高速摄像拾取图像并进行 Matlab 数值计算为思路，在不同颗粒粒径、球形物大小、球形物密度以及冲击速度等因素开展试验研究。（3）分析离散元模拟和试验结果，比较不同情况下盛颗粒容器底部受力以及球形物受力，探究球形物冲击下颗粒物质的缓冲性能影响因素，冲击力变化趋势和冲击力峰值异同。（4）翻译一篇相关的英文文献，译文要准确充分
3、地表达原文的意思，但要求不赘述，要符合中文的语法和表达习惯。毕业设计（论文）专题部分：毕业设计（论文）专题部分：题目：题目： 设计或论文专题的基本内容：设计或论文专题的基本内容：学生接受毕业设计（论文）题目日期学生接受毕业设计（论文）题目日期20122013 学年第一学期第学年第一学期第 20 周周指导教师签字：指导教师签字：2013 年年 1 月月 11 日日东北大学毕业设计（论文） 摘要-ii-球形物冲击下的颗粒缓冲性能研究 摘要球形物冲击作用下的颗粒缓冲耗能机理十分复杂。在冲击荷载的作用下，颗粒间的摩擦、粘滞作用以及颗粒飞溅等现象使冲击动能得到有效的耗散。颗粒结构会延迟冲击时间，并将瞬时
4、冲击力转化为分布力进而降低冲击力峰值，起到缓冲作用。本文依据颗粒接触理论，主要对球形物冲击下缓冲性能影响因素进行研究分析。研究同时运用了 DEM 离散元模拟和开展相应试验的方法，获得球形物和桶底冲击力时程曲线，并对不同球形物在不同条件下的缓冲性能进行数值比较与分析。试验中利用高速工业数字摄像机连续拍摄冲击过程，并利用 Matlab 程序对图像拾取和分割。进而得到球形物加速度时程曲线，并比较不同情况下加速度峰值。结果表明：在小范围内，相同密度的球形物直径越大，加速度峰值越小，且减小速率逐渐变缓，即对球体大小变化不再敏感；相同直径的球形物密度越大，加速度峰值越小，且大致减小相应倍数。这与离散单元模
5、拟所得结论基本一致。以上研究揭示了颗粒材料在冲击耗能方面的基本力学行为，为其在缓冲减振领域中的应用提供了参考依据。关键词关键词：颗粒材料，冲击荷载，缓冲性能，离散元模拟，Matlab 图像处理东北大学毕业设计（论文） Abstract-iii-Research on Shock-Absorbing Capacity of Granular Materials under Sphere Impact AbstractThe mechanism of shock-absorbing energy consumption under sphere impact is very complicated
6、. Under impact loads, the kinetic energy of impact object can be dissipated effectively by the inter-particle friction, viscous force and splash of particles. With the prolonging of impact duration and the extending of local impact in temporal-spatial domains, the impact load can be reduced effectiv
7、ely with shock-absorbing effect of granular materials. Based on the contact theory of the granular materials, influential factors of the shock-absorbing capacity under sphere impact is mainly simulated and analyzed. The discrete element model (DEM) and the corresponding experiment are adapted to sim
8、ulate the interaction between impact object and granular bed. And we also compare and analyze the interaction under different sphere impact and other various conditions.A high-speed camera is used to shoot the process of impact in this experiment, and a Matlab program for pickup and segmentation of
9、the images been shoot. In this way, we obtain the curves between the acceleration sphere objects and time which can be used to compare different maximum of the acceleration in various conditions. In the small range, the larger the diameter of sphere in the same density, the smaller the acceleration
10、maximum is. In addition, the rate of decreases slows gradually. Correspondingly, the bigger the density of sphere in the same diameter, the smaller the acceleration maximum is, which is substantially reducing by multiple. This result is basically the same with that simulated by discrete element mode
11、l (DEM). The research above can reveal the basic mechanical behaviors of granular materials under impact loads, and can also be aided to the engineering applications in impact absorption of granular materials.Keywords: granular materials, sphere impact, shock-absorbing, discrete element simulation东北大学毕业设计（论文） 目 录-iv-目录任务书.i摘要.iiAbstract.iii第 1 章 绪论.11.1 论文研究背景和意义.11.2 国内外研究现状.11.3 论文研究内容.3第 2 章 冲击荷载下的接触模型理论分析.52.1 DEM 离散元程序流程.52.2 颗粒间接触受力.72.3 颗粒与边界间接触受力.102.4 颗粒碰撞后运动状态.122.5 本章小结.
