卵形顆粒介質運動之數值模擬

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姓名

林昇鴻(Sheng-Hung Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

卵形顆粒介質運動之數值模擬
(Numerical Simulations for Granular Assemblies with 3D Egg-shaped Particles)

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摘要(中)

於程式中可在有限空間生成不同形狀之顆粒，霣降、堆積後進行安息角試驗模擬，以 MATLAB 7.1 軟體作為後處理，可展現出顆粒在空間的運動狀況、分佈情況與剖面圖，以利分析。
孔隙比、顆粒間之接觸點數、顆粒形狀、顆粒基本摩擦角等堆積體有關參數，為影響顆粒狀材料力學行為之重要因素。本論文針對不同顆粒形狀與安息角的關係做研究，安息角試驗方式分為移除單一邊牆與單一邊牆斜傾90度兩種，依試驗分析結果得知，顆粒形狀確實會影響顆粒堆積體安息角之大小，且扁橢球的安息角最大，卵球次之，長橢球最小。

摘要(英)

The domain to be filled with particles can be a polyhedron of any shape. Simulation results can be processed by MATLAB 7.1 to display the distribution of particles in space and the fabric structure at any instant. Parameter studies of the influence of the void ration, the contact numbers among the gravels, particle shape and the internal friction angle between particles on the macroscopic behaviors of particles assemblies are conducted in this thesis. In this study, it emphasizes the relationship between the angle of repose and the particle shape. The reactions of angle of repose are taken account by the relative particle shape through remove one side of wall and set a wall spinning slowly into 90 degree. It is found that the particle shape will influence the angle of repose, ellipsoidal particles are the most, and then egg-shaped particles and the long ellipsoidal particles are the least.

關鍵字(中)

★ 安息角
★ 顆粒材料
★ 卵形顆粒
★ 扁橢球
★ 接觸行為
★ 堆積

關鍵字(英)

★ angle of repose
★ contact behavior
★ ellipsoidal particle
★ granule material
★ egg-shaped particle
★ packing

論文目次

目錄
中文摘要…………………………………………………Ⅰ
英文摘要…………………………………………………Ⅱ
目錄………………………………………………………Ⅲ
第一章緒論……………………………………………1
1-1 研究背景…………………………………………1
1-2 研究動機與目的…………………………………2
1-3 研究工具…………………………………………3
1-4 論文內容…………………………………………3
第二章文獻回顧………………………………………5
2-1 離散元素法之發展過程…………………………5
2-1-1 二維圓形顆粒系統…………………………6
2-1-2 二維橢圓顆粒系統…………………………6
2-1-3 二維複合圓形………………………………7
2-1-4 二維塊體系統………………………………8
2-1-5 二維類多邊形顆粒…………………………9
2-1-6 三維圓球顆粒系統…………………………11
2-1-7 三維橢球體顆粒系統………………………11
2-1-8 三維塊體系統………………………………12
2-1-9 三維混合剛體系統…………………………12
第三章顆粒運動模擬程式理論之推導………………13
3-1 四圓弧逼近卵形顆粒的形成……………………13
3-1-1 組成方程式…………………………………13
3-2 卵形控制參數影響示意圖………………………17
3-3 三維卵球的形成…………………………………21
3-4 卵球的體積與質量慣性矩………………………23
3-5 剛體顆粒運動……………………………………25
3-6 時間積分法………………………………………27
3-7 顆粒運動物理量之描述與接觸模擬機制………28
3-8 各時間步程內之運動分析………………………30
3-8-1 整體與局部座標之轉換……………………31
3-8-2 角速度的座標轉換…………………………32
3-8-3 顆粒旋轉軸向量的旋轉……………………34
第四章顆粒間接觸力學理論…………………………36
4-1 線性彈簧接觸理論………………………………36
4-1-1 兩顆粒的形心距……………………………36
4-2 卵球的接觸判斷…………………………………39
4-2-1 卵球初步接觸判斷…………………………39
4-2-2 卵球細部接觸判斷…………………………41
4-3 卵球接觸力分析…………………………………51
第五章程式流程與驗證………………………………54
5-1 顆粒堆積程式之流程……………………………54
5-2 顆粒程式驗證……………………………………55
5-2-1 卵球與平面接觸―正向撞……………………57
5-2-2 卵球與平面接觸―擬靜態試驗………………60
5-2-3 兩顆卵球―正向碰撞…………………………62
5-2-4 卵球與扁橢球―正向碰撞……………………75
第六章顆粒堆積體的應用分析………………………88
6-1 安息角試驗模擬…………………………………88
6-1-1 不同顆粒形狀之堆積………………………88
6-1-2 安息角試驗模擬- 移除單一邊牆…………89
6-1-3 安息角試驗模擬- 單一邊牆斜傾 90 度…94
6-2 堆積體的基本參數研究………………………100
第七章結論與建議…………………………………101
7-1 結論……………………………………………101
7-2 建議……………………………………………102
參考文獻………………………………………………104

參考文獻

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指導教授

王仲宇、盛若磐
(Chung Yue Wang、Jopan Sheng)

審核日期

2006-7-20

推文