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机电学院王庚祥副教授团队在机械工程与粉末工程顶级期刊发表系列学术成果

发布时间: 2024-12-17 作者:来源: 机电学院 点击:

建大新闻网讯    近期,由程福安教授带领的粉体工程技术团队与重庆大学共同合作在机械工程领域国际Top期刊Mechanism and Machine Theory(《机构与机械理论》,中科院一区Top)上发表题为“Analysis of nonphysical attraction force and new coefficient of restitution based on a nonlinear viscoelastic contact model in cohesionless granular system(基于非线性粘弹性接触模型的无黏性颗粒系统非物理引力及新恢复系数分析)”的论文。第一作者为机电工程学院王庚祥副教授,程福安教授为通讯作者,西安建筑科技大学为该论文的第一完成单位。

此外,粉体工程技术团队与英国University of Exeter (埃克塞特大学) 刘洋教授共同合作在粉体工程国际Top期刊Powder Technology(《粉末技术》,中科院二区Top)上发表题为“Two novel semi-analytical coefficients of restitution models suited for nonlinear impact behavior in granular systems(适合于颗粒系统非线性冲击行为的两种新半解析系数恢复模型)”的论文。第一作者为机电工程学院王庚祥副教授,程福安教授为通讯作者,西安建筑科技大学为该论文的第一完成单位。

颗粒系统中的颗粒碰撞行为广泛存在于自然界、工业和日常生活中,对复杂颗粒系统的运动进行准确预测,可以有力促进工业设备的设计、提高最终产品产量和质量。如何精确的描述粒子碰撞过程中的能量耗散是研究粒子碰撞后动态行为的关键技术。本文针对干粗颗粒物质碰撞中的恢复系数(CoR)和非物理吸引力进行了系统性研究。基于颗粒碰撞过程中能量守恒重新定义了CoR通用模型,通过实验数据验证了新CoR模型无论在低速还是高速都拥有极其出色的稳定性和准确性。另外,首次揭示了粘性阻尼环中非物理吸引力产生的真正原因在于粘性阻尼因子的自然属性,通过改变材料参数和颗粒尺度以及碰撞速度均无法从粘性阻尼环中消除非物理吸引。为了消除吸引力对碰撞粒子撞击后运动状态的影响,引入平衡系数来补偿非物理吸引力和原始阻尼因子描述能量耗散的不足,仿真结果证明具有平衡系数的粘性接触力模型可以精确捕获碰撞粒子的碰撞后速度。

恢复系数(CoR)是衡量冲击过程中能量耗散的一个全局度量指标,是预测物体碰撞后运动状态的关键参数。而现有的CoR模型存在适用性低、稳定性差和在极低速违背能量守恒等众多问题。基于上述存在的问题,本研究提出了两种新半解析CoR模型来预测颗粒系统中的非线性碰撞行为,根据碰撞过程中压缩阶段能量耗散原则,重新定义了特征长度并推导了碰撞颗粒的动力学方程。以此为基础,其中第一种CoR模型通过逆碰撞方法,为其解析解引入长度参数提出inverse CoR 模型。第二种CoR模型通过阻尼力做功与碰撞过程中能量守恒原理相结合提出energy CoR模型。尽管两种半解析CoR模型推导方式不同,但两者考虑了初始碰撞速度和材料特性。最后,通过与现有CoR 模型比较分析证明了新CoR模型的优势,并通过实验数据验证了两种CoR模型均可在高冲击速度和低冲击速度下对金属和非金属接触碰撞进行准确预测,说明了两种CoR模型具有广泛的适用性和高度的稳定性。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2024.105821

https://doi.org/10.1016/j.powtec.2024.120501

文字:机电学院

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