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中国有色金属学报 2022年第5期32卷 1491-1503页

作者：王晓薛玉君程波刘俊 GUAN Zhi-qiang 李济顺河南科技大学机电工程学院洛阳471003 河南省机械设计及传动系统重点实验室(河南科技大学) 洛阳471003 洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司洛阳471003 矿山重型装备国家重点实验室中信重工机械股份有限公司洛阳471003 School of Mechanical and Mining Engineering University of QueenslandBrisbane 4702Australia

应用离散元方法(Discrete elementmethod,DEM)仿真矿石破碎时,通常采用颗粒黏结模型对矿石进行建模,颗粒黏结模型中的基础颗粒粒径对仿真结果影响显著。为了研究基础颗粒粒径变化对模型精度的影响,本文设计了9组基础颗粒粒径组合,构建... 详细信息

应用离散元方法(Discrete elementmethod,DEM)仿真矿石破碎时,通常采用颗粒黏结模型对矿石进行建模,颗粒黏结模型中的基础颗粒粒径对仿真结果影响显著。为了研究基础颗粒粒径变化对模型精度的影响,本文设计了9组基础颗粒粒径组合,构建了矿石的颗粒黏结模型,进行了金矿石破碎的离散元仿真,得到了不同粒径组合下的破碎粒度分布,并将仿真结果与试验得到的破碎粒度分布进行了对比分析。结果表明:基础颗粒粒径组合对模型精度存在影响,采用适当的基础颗粒粒径组合构造颗粒黏结模型能够提高模型精度。当基础颗粒粒径之间的差值相当时,模型精度较高,仿真得到的破碎粒度分布和落重试验结果的一致性良好。对相同粒度的铁矿石与铜矿石进行了仿真,验证了基础颗粒粒径选取方法的有效性。

关键词：颗粒黏结模型矿石破碎离散元方法破碎仿真落重试验

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矿石破碎颗粒黏结模型黏结键特征及表征

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河南理工大学学报（自然科学版） 2024年第2期43卷 41-48页

作者：王晓薛玉君程波刘俊李济顺河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学河南省机械设计及传动系统重点实验室河南洛阳471003 洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳471003 中信重工机械股份有限公司矿山重型装备国家重点实验室河南洛阳471003

目的针对矿石颗粒黏结模型与实际矿石破碎特性存在差异造成的仿真不准确问题,重点对不同粒级矿石颗粒黏结模型中的黏结键特征进行研究。方法依据矿石强度尺寸效应理论,设计铜矿石颗粒黏结模型中基础颗粒间的黏结键参数,应用离散元方法对... 详细信息

目的针对矿石颗粒黏结模型与实际矿石破碎特性存在差异造成的仿真不准确问题,重点对不同粒级矿石颗粒黏结模型中的黏结键特征进行研究。方法依据矿石强度尺寸效应理论,设计铜矿石颗粒黏结模型中基础颗粒间的黏结键参数,应用离散元方法对30,40,60 mm三种粒级铜矿石矿样进行落重试验和破碎仿真。本文给出黏结键等效临界变形的概念,讨论了矿石落重试验t10和冲击能量的关系,探讨黏结键参数变化规律。结果结果表明,三种粒级铜矿石颗粒黏结模型破碎仿真与落重试验粒级质量分数的平均误差分别为1.75%,1.66%,1.84%,试验和仿真得到的破碎粒度质量分数具有很好的一致性;法向和切向等效临界变形可以表征黏结键强度,单位冲击能量下落重试验的tn10可以表征矿石强度。结论利用黏结键等效临界变形和tn10的对应关系确定黏结键参数,提高了矿石颗粒黏结模型的建模效率和仿真精度。

关键词：颗粒黏结模型黏结键等效临界变形离散元矿石破碎

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基础颗粒数量组合对颗粒黏结模型精度的影响

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河南科技大学学报（自然科学版） 2022年第4期43卷 27-33,M0004页

作者：王晓薛玉君程波刘俊官志强李济顺河南科技大学机电工程学院河南洛阳471003 河南科技大学河南省机械设计及传动系统重点实验室河南洛阳471003 洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳471003 矿山重型装备国家重点实验室(中信重工机械股份有限公司) 河南洛阳471003 School of Mechanical and Mining Engineering University of QueenslandQueensland Brisbane 4702

针对矿石破碎模型与实际矿石性质差异造成的破碎仿真不准确及磨矿工艺参数难以确定的问题,采用离散元法建立矿石颗粒黏结模型,重点研究基础颗粒的数量组合对颗粒黏结模型精度的影响。依据落重试验破碎的63~53 mm粒级矿石,构建了5组不同... 详细信息

针对矿石破碎模型与实际矿石性质差异造成的破碎仿真不准确及磨矿工艺参数难以确定的问题,采用离散元法建立矿石颗粒黏结模型,重点研究基础颗粒的数量组合对颗粒黏结模型精度的影响。依据落重试验破碎的63~53 mm粒级矿石,构建了5组不同粒径颗粒的数量组合及对应的颗粒黏结模型。通过对颗粒黏结模型的破碎仿真及实际矿石的破碎试验,得到破碎后粒度分布结果,对比分析了仿真与试验的破碎后粒度分布差异。研究结果表明:当大颗粒体积不超过总体积的50%,且中间颗粒与大颗粒体积比为0.21~0.22时,破碎仿真粒度的分布与实际矿石破碎试验结果较为一致。在模型体积填充率不变的情况下,不同基础颗粒的数量组合对破碎后颗粒团簇粒度有较大影响,选择合适的基础颗粒数量组合能够提高颗粒黏结模型的精度。

关键词：颗粒黏结模型基础颗粒数量组合矿石破碎离散元

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对辊破碎机对钨矿石的层压破碎特性研究

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工程设计学报 2023年第2期30卷 212-225页

作者：李洋波蔡改贫阮辽矿冶科技集团有限公司矿物加工科学与技术国家重点实验室北京100160 北矿机电科技有限责任公司北京100160 江西理工大学机电工程学院江西赣州341000 江西省矿冶机电工程技术研究中心江西赣州341000

针对岩石破碎过程的复杂性以及传统仿真模型的局限性——反映替换颗粒群信息少且无法定位替换颗粒群中某一颗粒,使得所模拟的颗粒无法被连续破碎,导致仿真精度较低等问题,提出了通过离散元应用编程接口开发的改进破碎模型——多次替换... 详细信息

针对岩石破碎过程的复杂性以及传统仿真模型的局限性——反映替换颗粒群信息少且无法定位替换颗粒群中某一颗粒,使得所模拟的颗粒无法被连续破碎,导致仿真精度较低等问题,提出了通过离散元应用编程接口开发的改进破碎模型——多次替换的颗粒黏结模型(bonded particle model,BPM)。该方法能实现颗粒在破碎过程中的多次连续替换,更加贴近实际破碎过程,可提升仿真精度。基于对辊破碎机的三维模型与参数标定后的钨矿石颗粒群,对破碎机内的钨矿石颗粒群进行层压破碎可视化仿真分析,并结合室内试验研究了对辊破碎机的层压破碎特性,以验证数值仿真的有效性。结果表明:通过仿真得到的钨矿石颗粒受力与破碎速率的关系说明对辊破碎机可实现层压破碎;钨矿石碎后粒径分布误差为0.889~1.940 mm,且碎后粒径分布满足正态分布,说明仿真分析准确且有效。不同粒径配比下的钨矿石层压破碎试验结果表明,颗粒间相互作用力对破碎效率的影响程度大于颗粒低孔隙率。研究结果为进一步提高对辊破碎机的生产效率提供了依据,且所提出的改进破碎模型为物料的破碎研究提供了一种新方法。

关键词：改进破碎模型颗粒黏结模型对辊破碎机可视化仿真层压破碎试验

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矿石破碎离散元仿真精准建模及验证

矿石破碎离散元仿真精准建模及验证

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作者：王晓河南科技大学

学位级别：博士

矿石破碎加工是磨矿过程的重要环节,磨矿工艺决定了矿石的生产效率和加工质量。矿石自身的破碎特性直接影响矿石破磨效果,是磨矿工艺参数制定的关键因素。矿石破碎试验和磨矿过程有相当大的区别,致使采用试验得到的矿石破碎特性制定的... 详细信息

矿石破碎加工是磨矿过程的重要环节,磨矿工艺决定了矿石的生产效率和加工质量。矿石自身的破碎特性直接影响矿石破磨效果,是磨矿工艺参数制定的关键因素。矿石破碎试验和磨矿过程有相当大的区别,致使采用试验得到的矿石破碎特性制定的磨矿工艺难以取得良好效果,是磨矿工艺优化和磨机选型急需解决的难题。离散元仿真可以模拟矿石破碎过程,其准确性取决于矿石模型参数与实际矿石破碎特性的符合程度。提高离散元建模精度始终是矿石破碎仿真的重点及难点。颗粒黏结模型是矿石破碎离散元仿真的基础,但目前关于颗粒黏结模型参数的确定尚缺少系统而有效的方法,难以实现对矿石破碎行为的准确模拟。因此,深入分析矿石破碎特性、磨矿工艺与离散元仿真模型之间的关系,研究离散元颗粒黏结模型的精准建模及仿真方法,对提高磨矿工艺水平、磨矿效率及磨矿粒度控制具有重要意义和工程实用价值。本文针对磨矿仿真中矿石破碎模型参数确定的难点问题,采用离散元方法构建以基础颗粒和黏结键为关键参数的颗粒黏结模型,从矿石强度、矿石粒级、冲击能量3个维度深入系统地研究矿石破碎行为,并利用矿石落重试验对颗粒黏结模型的适用性和精度进行分析及验证,探讨可准确反映矿石破碎特性的颗粒黏结模型建模方法。论文的主要研究内容和创新性成果如下: （1）研究了用于离散元破碎仿真的矿石颗粒黏结模型建模技术。应用EDEM软件建立了颗粒黏结模型,进行了不同冲击能量下的落重破碎仿真。通过对比落重试验和仿真得到的矿石破碎粒级质量分数,确定了模型的适用性。（2）完成了3种粒级铜矿石、金矿石和铁矿石的落重试验。分析了落重试验得到的破碎粒级质量分数及其分布特征,讨论了不同矿石强度变化的特点;探讨采用对t10进行冲击能量归一的矿石破碎强度指数tn10表征矿石破碎强度,而tn10与冲击能量无关,找到了矿石破碎强度和颗粒黏结模型黏结键之间关系的表达方法。（3）研究了颗粒黏结模型基础颗粒种类和粒径的确定方法。分析了矿石落重试验的破碎质量分数分布,讨论了基础颗粒的种类和粒径确定的原则。选用3种基础颗粒即能满足建模需求,基础颗粒粒径的选择和矿样粒级相关;以3种基础颗粒建立的模型具有灵活性,且建模效率较高。建模时采用3种直径的球形基础颗粒、颗粒直径均匀分布、最大颗粒直径小于落重试验质量分数最小粒级的基础颗粒,可较好地解决建模精度与建模效率的矛盾。（4）研究了颗粒黏结模型基础颗粒数量的确定方法。设计了5组基础颗粒数量进行建模和破碎仿真,以落重试验和仿真破碎质量分数的方差作为优化目标,得到了最优的基础颗粒体积比,基础颗粒的最优体积比和矿样粒级密切相关。应用基础颗粒体积比确定基础颗粒数量,并通过优化得到了不同尺寸颗粒黏结模型的最优基础颗粒体积比,可降低破碎仿真质量分数的误差,提高颗粒黏结模型的精度。（5）探讨了颗粒黏结模型黏结键的特征及表征方法。以3种粒级的铜矿石为例进行落重破碎仿真,得到了与落重试验质量分数一致的黏结键参数。通过分析不同黏结键参数的破碎仿真结果,提出了应用等效临界变形表征颗粒黏结模型黏结键的临界刚度和临界应力。黏结键强度决定了颗粒黏结模型的精度,应用黏结键等效临界变形可以准确表征黏结键强度。等效临界变形随模型尺寸的增大而减小,与实际矿石强度的变化趋势相同。等效临界变形能够有效表征颗粒黏结模型黏结键的破碎特征,按照等效临界变形设置黏结键参数可以提高建模精度。（6）研究了颗粒黏结模型黏结键的确定方法。以铜矿石破碎仿真为基础,研究了矿石破碎强度和黏结键等效临界变形的关系,给出了颗粒黏结模型黏结键等效临界变形和矿石破碎强度指数tn10的线性方程,提出了基于矿石破碎强度和基础颗粒尺寸的黏结键确定方法。再以金矿石和铁矿石为例,构建了3种粒级金矿石和铁矿石颗粒黏结模型,仿真表明破碎仿真粒级质量分数与落重试验完全一致,验证了颗粒黏结模型关键参数确定方法的正确性。可见,依据矿石强度指数tn10确定黏结键等效临界变形,能够保证黏结键参数的准确性,显著提高建模效率和模型精度。本文采用离散元仿真和落重试验相结合的方法,系统研究了颗粒黏结模型基础颗粒参数和黏结键参数对矿石破碎离散元仿真精度的影响。给出了基础颗粒的种类和粒径确定的原则,探讨了矿石破碎强度和黏结键等效临界变形的关系,提出了基于矿石破碎强度指数tn10的黏结键确定方法,为建立矿石颗粒黏结模型的通用建模方法奠定了理论基础,为实现矿石破碎过程的精准仿真提供了方法支撑。

关键词：矿物破碎矿石破碎特性离散元仿真颗粒黏结模型落重试验

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基于离散元法的颗粒破碎模拟研究进展

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岩土工程学报 2018年第5期40卷 880-889页

作者：徐琨周伟马刚常晓林杨利福武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

颗粒破碎对颗粒集合体的力学响应有着显著的影响。由于试验手段的限制,基于物理试验的颗粒破碎细观尺度的研究受到很大制约。离散元法为从不同尺度上研究颗粒破碎对颗粒集合体力学特性的影响提供了一条有效的方法。通过回顾国内外现有... 详细信息

颗粒破碎对颗粒集合体的力学响应有着显著的影响。由于试验手段的限制,基于物理试验的颗粒破碎细观尺度的研究受到很大制约。离散元法为从不同尺度上研究颗粒破碎对颗粒集合体力学特性的影响提供了一条有效的方法。通过回顾国内外现有研究成果,介绍了基于离散元模拟颗粒破碎的两种方法,即基于颗粒黏结模型和基于碎片替换法的颗粒破碎模拟方法,论述了这两类方法的特点。基于颗粒黏结模型的颗粒破碎模拟方法破碎程度有限而且难以开展较大规模模拟计算,基于碎片替换法的颗粒破碎模拟方法需要考虑碎片替换模式和颗粒破碎准则这两个关键问题。整理并讨论了现有破碎模式中碎片颗粒的数目、尺寸分布、满足质量守恒定律的策略以及破碎的应力判定准则和力判定准则。提出了基于离散元的颗粒破碎模拟方法可能的研究方向。

关键词：离散元颗粒破碎颗粒黏结模型碎片替换模式破碎准则

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基于EDEM的立磨机工作参数仿真与试验研究

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矿山机械 2014年第12期42卷 71-75页

作者：蔡改贫夏刘洋王俊熊洋江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

运用颗粒黏结建模思想构建矿石模型,以黏结键断裂现象描述矿石破碎,并应用于立磨机破碎仿真中。通过对立磨机结构参数及工作原理的分析,得出影响立磨机破碎效果的因素,并对这些参数的取值范围进行分析;同时针对上述参数设计单因素仿真... 详细信息

运用颗粒黏结建模思想构建矿石模型,以黏结键断裂现象描述矿石破碎,并应用于立磨机破碎仿真中。通过对立磨机结构参数及工作原理的分析,得出影响立磨机破碎效果的因素,并对这些参数的取值范围进行分析;同时针对上述参数设计单因素仿真试验与正交试验,对粉磨后的平均粒径进行筛分,分析结果得出立磨机在最佳破碎效果下的参数组合,验证了单因素仿真试验的准确性。

关键词：立磨机颗粒黏结模型黏结键断裂数正交试验

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