CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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容器结构对立式振动抛磨颗粒介质流动特性影响分析

冯利东 李文辉 李秀红 张演 温学杰 樊宇

冯利东, 李文辉, 李秀红, 张演, 温学杰, 樊宇. 容器结构对立式振动抛磨颗粒介质流动特性影响分析[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(1): 1-8. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0067
引用本文: 冯利东, 李文辉, 李秀红, 张演, 温学杰, 樊宇. 容器结构对立式振动抛磨颗粒介质流动特性影响分析[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2024, 44(1): 1-8. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0067
FENG Lidong, LI Wenhui, LI Xiuhong, ZHANG Yan, WEN Xuejie, FAN Yu. Analysis of the influence of container structure on the flow characteristics of vertical vibration polishing granular media[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(1): 1-8. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0067
Citation: FENG Lidong, LI Wenhui, LI Xiuhong, ZHANG Yan, WEN Xuejie, FAN Yu. Analysis of the influence of container structure on the flow characteristics of vertical vibration polishing granular media[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2024, 44(1): 1-8. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0067

容器结构对立式振动抛磨颗粒介质流动特性影响分析

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2023.0067
基金项目: 国家自然科学基金(51875389,51975399);中央引导地方科技发展资金项目(YDZJSX2022B004,YDZJSX2022A020)。
详细信息
    通讯作者:

    李文辉,男,1975年生,教授、博士生导师,主要研究方向:精密零件表面光整加工。E-mail:wenhui_li7190@126.com

  • 中图分类号: TG 580.6; V263

Analysis of the influence of container structure on the flow characteristics of vertical vibration polishing granular media

  • 摘要: 为探究立式振动抛磨设备的容器结构对颗粒介质运动特性的影响,采用ADAMS-EDEM耦合仿真——振动抛磨工艺下的颗粒介质运动特性仿真。首先从颗粒运动轨迹与速度矢量角度分别分析容器结构对颗粒运动特性的影响,其次从深度方向与径向方向综合判断容器结构对颗粒速度与颗粒作用力的影响,最后通过动态力测试实验验证仿真的有效性。实验结果表明:岛状结构有助于颗粒的翻滚运动,阻碍了周向运动。有岛容器内颗粒运动更剧烈,颗粒平均作用力大于无岛。容器结构不会改变颗粒作用力在深度方向与径向方向分布的基本规律,但有岛容器内颗粒作用力在深度方向的增长尤为明显,2组实验均验证了仿真合理性。

     

  • 图  1  立式振动抛磨设备示意图

    1.容器;2.支撑;3.电机;4.弹簧;5底座

    Figure  1.  Vertical vibration polishing schematic diagram

    图  2  ADAMS-EDEM耦合仿真流程图

    Figure  2.  ADAMS-EDEM coupling simulation flow chart

    图  3  容器剖面图

    Figure  3.  Container profile

    图  4  数据块的划分

    Figure  4.  Data block division

    图  5  2~138 s 2种容器内颗粒的运动轨迹图

    Figure  5.  2~138 s particle trajectory in two containers

    图  6  2种容器内颗粒的速度矢量图

    Figure  6.  Vector plot of vertical velocity of particles inside two containers

    图  7  2种容器对不同深度处颗粒速度的影响

    Figure  7.  Effect of two containers on particle velocity at different depths

    图  8  两种容器对不同径向处颗粒速度的影响

    Figure  8.  Effect of two containers on particle velocity at different radial directions

    图  9  2种容器对不同深度处颗粒作用力的影响

    Figure  9.  Effect of two types of containers on particle forces at different depths

    图  10  2种容器对不同径向处颗粒作用力的影响

    Figure  10.  Effect of two types of containers on particle forces at different radial distances

    图  11  动态力测试实验平台

    Figure  11.  Data block distribution on a single tooth surface

    图  12  采样点位置示意图

    Figure  12.  Schematic diagram of the location of the sampling point

    图  13  不同方向下深度对颗粒作用力的影响

    Figure  13.  Effect of depth on particle force in different directions

    图  14  不同方向下径向距离对颗粒作用力的影响

    Figure  14.  Effect of radial distance on particle force in different directions

    图  15  容器结构对颗粒作用力的影响

    Figure  15.  Effect of container structure on particle force

    表  1  Vibra King 150SX设备参数

    Table  1.   Parameters of the Vibra King 150SX

    名称参数
    电机转速 /(r·min−1)3 000
    容器质量/kg3.7
    容器容积/L0.43
    偏心块质量/kg0.2
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    表  2  材料表征参数[15,16]

    Table  2.   Material parameters of the model[15,16]

    材料参数密度ρ
    /(kg·m−3)
    泊松比剪切模量E
    /Pa
    容器26750.281.24×1011
    滚抛磨块11500.213.2×109
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    表  3  材料接触参数[15,16]

    Table  3.   Material contact parameters[15,16]

    相互作用碰撞恢复
    系数
    静摩擦
    系数
    滚动摩擦
    系数
    滚抛磨块-滚抛磨块0.750.300.03
    滚抛磨块-容器0.360.260.15
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    表  4  采样点坐标

    Table  4.   Coordinate of sampling points

    123456
    X5475961175475
    Z909090907575
    789101112
    X96117547596117
    Z757560606060
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    表  5  采样点方位符号定义

    Table  5.   Symbol definition of direction of sampling points

    方位方位符号定义
    1背对径向颗粒流方向
    2正对周向颗粒流方向
    3正对径向颗粒流方向
    4背对周向颗粒流方向
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-20
  • 修回日期:  2023-05-05
  • 录用日期:  2023-05-17
  • 网络出版日期:  2024-03-15
  • 刊出日期:  2024-02-20

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