博碩士論文 93322054 詳細資訊




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姓名 林弘毅(Hung-Yi Lin)  查詢紙本館藏   畢業系所 土木工程學系
論文名稱 圓柱堆翻轉、變形破壞與流體化現象之輸送帶實驗分析
(The Phenomenal Analysis of Overturn,Deformation and Macroscopic with Assemble Cylinders in the Conveyor Belt Experiment)
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摘要(中) 本研究以輸送帶渠槽帶動圓柱來進行實驗,以模擬斜坡上崩塌土體轉換化為土石流中間的過程。實驗分為微觀的翻轉破壞、結構變形破壞以及巨觀的流體化實驗三部分。
在圓柱翻轉破壞實驗部分藉由四種不同速度(5.08、10.16、15.24和20.32cm/s)、五種坡度(0˚、5˚、10˚、15˚和20˚)搭配成各種不同實驗條件來進行,觀察其翻轉顆粒在翻轉前和翻轉瞬間的角速度、位移的微觀變化。
結構破壞實驗主要探討的是微觀的顆粒旋轉變形破壞現象。藉由兩種輸送帶速度(4.17cm/s、12.34cm/s)以及兩種渠槽角度(0∘、20∘)搭配成四種實驗條件來進行。分析方法則是以粒子影像分析法為基礎,以分析圓柱堆破壞時、破壞中及破壞後之運動機制。由實驗分析結果顯示,無論在何種實驗條件下,圓柱堆結構破壞皆由底層圓柱受剪力而先產生破壞,外圍圓柱顆粒整體呈逆時針方向運動。輸送帶速度越大,造成圓柱堆底層剪力區範圍越大,角速度亦增加;渠槽角度越大,則造成圓柱堆自由表面顆粒向左側運動堆積。
而流體化實驗部分則是利用兩種輸送帶速度(4.17cm/s、12.34cm/s)、五種(0˚、5˚、10˚、15˚和20˚)以及兩種隔板高度(2.2cm、3.8cm)與四種圓柱堆初始厚度(3D、5D、10D、13D)搭配成50組不同實驗條件來進行,並以圓柱基本運動型態與無因次流體化層厚度隨時間的變化量以及圓柱流出侷限區域之順序進行分析與探討,結果發現速度為12.34cm/s之圓柱堆基本運動型態不同於速度為4.17cm/s且進而影響流體化層厚度隨時間的變化量,使得相同坡度下、不同初始厚度之結果剛好相反。
摘要(英) This study performs experimental work with cylinders on the conveyor belt to simulate the initial process of landslide induced debris flow.The experimental set up consists of three parts: microscopic overturn deformation and macroscopic fluidization.
The kinetic of angular velocity and displacement of the overturn process on the top layer of the cylinders is studied. The change of porosity before and after the overturn is analyzed at different velocities (i.e. 5.08cm/s, 10.16cm/s,15.24 cm/s,20.32 cm/s), and slopes (i.e. 0°, 5°, 10°,15°, 20°),respectively.
The particle image algorithm is used to study the deformation on the bottom of the assemble cylinders by shearing force. The change of porosity before and after the failure is analyzed at different velocities (i.e. 4.17cm/s, 12.34cm/s), and slopes (i.e. 0°, 20°). We establish a method to measure the deformation, angular velocity and porosity of particles. The experimental results show that region of the shearing zone increases as the velocity of the conveyor belt, increases.
Different belt velocities (i.e. 4.17cm/s, 12.34cm/s) affect the thickness of fluidization, and lead to two opposite results on the decay rate of PVC, and steel layers under the same experimental conditions. The sequence of cylinders flowing out the confined zone is strongly related to the gap clearance. When the gap is raised, the leading side of cylinders will flow out first while the gap becomes low, the tailing side and bottom parts of cylinders will flow out first.
關鍵字(中) ★ 圓柱翻轉
★ 變形破壞
★ 粒子影像分析
★ 流體化
★ 輸送帶
關鍵字(英) ★ overturn
★ cylinder
★ conveyor belt
★ particle image algorithm
★ deformation
★ fluidization
論文目次 摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 XIII
符號表 XIV
第一章 序論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 論文架構 3
第二章 文獻回顧 5
2.1 土石流相關理論 5
2.2 顆粒流相關實驗 7
2.3 圓柱運動與顆粒摩擦相關理論 12
2.4分析方法理論介紹 14
第三章 理論分析 15
3.1 剛體三維運動特性. 15
3.2 受推擠圓柱之運動分析 20
3.3 崩塌土體轉化為土石流理論 26
3.3 乾顆粒流之運動分析 31
第四章 研究方法 36
4.1 實驗設備 36
4.2 實驗步驟與方法 40
4.3 影像處理與分析 47
4.4 實驗誤差分析 55
第五章 結果分析與討論 57
5.1 圓柱堆翻轉變形破壞分析 57
5.2 圓柱堆結構變形破壞分析 63
5.3 圓柱運動型態分析 87
5.4 圓柱堆流體化層厚度隨時間變化之分析探討 94
第六章 結論與建議 121
6.1 結論 121
6.2 建議 123
參考文獻 124
附錄A 127
參考文獻 中文部分
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英文部分
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指導教授 周憲德(Hsien-Ter Chou) 審核日期 2006-7-19
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