《粉碎介質(zhì)動(dòng)力學(xué)》課件

粉碎介質(zhì)動(dòng)力學(xué)粉碎介質(zhì)動(dòng)力學(xué)研究粉碎過程中介質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及力學(xué)特性通過理論與實(shí)踐相結(jié)合掌握粉碎系統(tǒng)優(yōu)化方法課程概述課程目標(biāo)掌握粉碎介質(zhì)動(dòng)力學(xué)基本理論學(xué)習(xí)內(nèi)容十二章核心知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)學(xué)習(xí)考核方式理論考試與實(shí)驗(yàn)報(bào)告相結(jié)合第一章：粉碎介質(zhì)概論定義用于物料粉碎的功能性媒介分類按形狀、材料、用途等多維度劃分應(yīng)用領(lǐng)域礦業(yè)、建材、制藥、食品加工等粉碎介質(zhì)的類型球磨介質(zhì)球形，點(diǎn)接觸，沖擊力強(qiáng)棒磨介質(zhì)圓柱形，線接觸，剪切力大自磨介質(zhì)物料本身充當(dāng)介質(zhì)，節(jié)約成本粉碎介質(zhì)的材料金屬材料高鉻鋼、錳鋼，耐磨性好陶瓷材料氧化鋁、氧化鋯，硬度高復(fù)合材料金屬-陶瓷復(fù)合，性能優(yōu)異粉碎介質(zhì)的形狀與尺寸球形運(yùn)動(dòng)靈活，分布均勻圓柱形線接觸，適合粗碎不規(guī)則形狀多點(diǎn)接觸，復(fù)雜應(yīng)力場第二章：粉碎過程的基本原理沖擊理論高速碰撞產(chǎn)生應(yīng)力波應(yīng)力集中引起物料斷裂磨損理論低速摩擦產(chǎn)生表面剝落累積損傷導(dǎo)致物料粉化粉碎效率影響因素介質(zhì)尺寸影響接觸面積和沖擊能量介質(zhì)密度決定動(dòng)能大小和沉降速度介質(zhì)硬度關(guān)系到耐磨性和沖擊強(qiáng)度粉碎機(jī)理壓碎靜態(tài)壓力導(dǎo)致物料斷裂剪切切向力使物料沿弱面滑移沖擊動(dòng)態(tài)沖擊引起物料破碎能量傳遞過程動(dòng)能轉(zhuǎn)化介質(zhì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生動(dòng)能勢能轉(zhuǎn)化提升后下落轉(zhuǎn)化為勢能熱能損失摩擦生熱造成能量損失第三章：粉碎介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析運(yùn)動(dòng)方程描述介質(zhì)位置和速度變化受力分析重力、離心力、摩擦力合力計(jì)算方法微分方程求解運(yùn)動(dòng)軌跡單個(gè)介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)軌跡自由落體離開筒壁后垂直下落拋物線運(yùn)動(dòng)受初速度影響呈拋物軌跡滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)沿筒壁上升至臨界角后脫離介質(zhì)群體的運(yùn)動(dòng)特征層流運(yùn)動(dòng)低速下呈分層有序移動(dòng)瀑布運(yùn)動(dòng)中速下呈瀑布狀拋落離心運(yùn)動(dòng)高速下貼壁旋轉(zhuǎn)無粉碎效果介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的影響因素75%臨界轉(zhuǎn)速最佳運(yùn)行轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速比值40%裝填率最優(yōu)介質(zhì)體積占比0.6摩擦系數(shù)影響介質(zhì)與筒壁相互作用第四章：粉碎介質(zhì)的動(dòng)力學(xué)模型離散元法（DEM）基于牛頓運(yùn)動(dòng)定律模擬每個(gè)顆粒運(yùn)動(dòng)狀態(tài)連續(xù)介質(zhì)模型將介質(zhì)群視為流體基于流體力學(xué)方程求解離散元法基本原理牛頓第二定律F=ma，計(jì)算顆粒運(yùn)動(dòng)接觸力模型Hertz-Mindlin模型計(jì)算接觸力時(shí)間步長選擇與雷諾數(shù)相關(guān)，保證計(jì)算穩(wěn)定性DEM在粉碎過程中的應(yīng)用連續(xù)介質(zhì)模型流體力學(xué)方法基于N-S方程計(jì)算粉碎介質(zhì)流動(dòng)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系計(jì)算物料變形與斷裂過程計(jì)算效率較DEM計(jì)算量小，適合大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證方法實(shí)驗(yàn)對(duì)比高速攝影與模擬結(jié)果比對(duì)理論分析理論公式與模擬數(shù)據(jù)對(duì)比工業(yè)應(yīng)用驗(yàn)證實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)校準(zhǔn)模型第五章：粉碎介質(zhì)與物料的相互作用碰撞過程高速、短時(shí)、大應(yīng)力能量傳遞至物料內(nèi)部磨損過程低速、長時(shí)、表面作用磨粒剝離形成微粉碰撞理論彈性碰撞動(dòng)能完全保持，方向改變非彈性碰撞部分動(dòng)能轉(zhuǎn)為其他形式能量損失變形能、熱能、聲能等磨損機(jī)理磨粒磨損硬顆粒刮削表面疲勞磨損反復(fù)應(yīng)力導(dǎo)致表面剝落粘著磨損表面微焊后撕裂損傷介質(zhì)-物料接觸模型Hertz接觸理論彈性體接觸應(yīng)力分布粘彈性接觸模型考慮物料變形時(shí)間效應(yīng)斷裂力學(xué)模型應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展介質(zhì)磨損的影響因素物料硬度越硬磨損越嚴(yán)重介質(zhì)材料決定抗磨損能力介質(zhì)尺寸影響接觸應(yīng)力大小第六章：粉碎效率優(yōu)化介質(zhì)配比優(yōu)化不同尺寸介質(zhì)合理搭配最大化粉碎能量利用率操作參數(shù)優(yōu)化轉(zhuǎn)速、裝填率等綜合調(diào)整平衡產(chǎn)量與能耗指標(biāo)介質(zhì)配比優(yōu)化尺寸分布大小搭配形成級(jí)聯(lián)粉碎材料組合不同材質(zhì)優(yōu)勢互補(bǔ)形狀選擇適應(yīng)不同破碎機(jī)理操作參數(shù)優(yōu)化轉(zhuǎn)速優(yōu)化臨界轉(zhuǎn)速75%左右最佳裝填率優(yōu)化介質(zhì)填充量控制在40-45%研磨時(shí)間優(yōu)化避免過粉或產(chǎn)能損失優(yōu)化方法正交試驗(yàn)多因素優(yōu)化經(jīng)典方法響應(yīng)面法建立參數(shù)與性能數(shù)學(xué)模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法智能化預(yù)測最優(yōu)參數(shù)組合案例分析：水泥粉磨優(yōu)化優(yōu)化前優(yōu)化后第七章：粉碎介質(zhì)的壽命預(yù)測磨損模型體積減少與時(shí)間關(guān)系質(zhì)量損失預(yù)測曲線疲勞失效反復(fù)沖擊導(dǎo)致開裂裂紋擴(kuò)展至完全斷裂磨損速率計(jì)算體積磨損率單位時(shí)間體積損失質(zhì)量磨損率單位時(shí)間質(zhì)量減少Archard磨損方程磨損量與載荷、距離關(guān)系疲勞失效分析S-N曲線應(yīng)力-壽命關(guān)系曲線Miner累積損傷理論線性疊加計(jì)算壽命裂紋擴(kuò)展模型基于斷裂力學(xué)預(yù)測壽命預(yù)測方法統(tǒng)計(jì)分析法基于歷史數(shù)據(jù)擬合人工智能預(yù)測機(jī)器學(xué)習(xí)算法智能預(yù)測物理模型法基于物理規(guī)律建模介質(zhì)更換策略定期更換按固定周期全部更換條件更換根據(jù)檢測結(jié)果決定預(yù)測性更換基于預(yù)測模型智能更換第八章：粉碎介質(zhì)的選擇與設(shè)計(jì)選擇原則物料特性匹配綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和效率設(shè)計(jì)方法材料與形狀優(yōu)化新型復(fù)合介質(zhì)開發(fā)介質(zhì)選擇原則經(jīng)濟(jì)性考慮成本與效益平衡物料特性匹配硬度、韌性適配環(huán)境因素污染控制與回收利用新型介質(zhì)材料介質(zhì)形狀設(shè)計(jì)球形優(yōu)化表面織構(gòu)改善沖擊效果異形介質(zhì)設(shè)計(jì)多棱體增加破碎邊數(shù)復(fù)合形狀介質(zhì)組合多種幾何特征表面處理技術(shù)熱處理提高表面硬度表面涂層提供特殊功能性表面織構(gòu)化改善摩擦接觸特性第九章：粉碎介質(zhì)動(dòng)力學(xué)的測試技術(shù)運(yùn)動(dòng)測試軌跡捕捉與速度分析高速攝影實(shí)時(shí)監(jiān)測力學(xué)測試應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系測量能量傳遞過程分析高速攝影技術(shù)設(shè)備介紹高幀率相機(jī)捕捉瞬態(tài)過程圖像處理運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與軌跡提取運(yùn)動(dòng)軌跡重構(gòu)三維空間軌跡可視化應(yīng)力測量技術(shù)聲發(fā)射技術(shù)原理介紹檢測材料變形釋放聲波信號(hào)處理濾波分析提取特征參數(shù)應(yīng)用案例粉碎效率在線監(jiān)測無線傳感技術(shù)RFID技術(shù)追蹤介質(zhì)位置與運(yùn)動(dòng)藍(lán)牙傳感器測量內(nèi)部溫度與應(yīng)力數(shù)據(jù)采集與分析實(shí)時(shí)監(jiān)測優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)第十章：粉碎介質(zhì)動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬軟件介紹專業(yè)DEM軟件功能與特點(diǎn)模擬計(jì)算流程與方法模擬方法參數(shù)設(shè)置與邊界條件結(jié)果分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證常用軟件介紹EDEM商業(yè)軟件，界面友好LIGGGHTS開源軟件，靈活性高ADAMS多體動(dòng)力學(xué)，適合機(jī)械系統(tǒng)模型建立幾何模型建立設(shè)備與介質(zhì)三維模型物理參數(shù)設(shè)置材料屬性與接觸參數(shù)邊界條件運(yùn)動(dòng)約束與外部載荷模擬結(jié)果分析時(shí)間(s)動(dòng)能(J)勢能(J)案例分析：球磨機(jī)模擬模型建立精確構(gòu)建幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)結(jié)果驗(yàn)證模擬與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比第十一章：粉碎介質(zhì)動(dòng)力學(xué)在工業(yè)中的應(yīng)用礦業(yè)金屬礦與非金屬礦粉碎水泥原料與熟料粉磨陶瓷原料細(xì)磨與釉料制備礦業(yè)應(yīng)用金屬礦粉磨銅、金、鐵等貴金屬提取煤炭粉碎電廠燃料細(xì)粉制備尾礦再處理資源綜合利用減少浪費(fèi)水泥工業(yè)應(yīng)用3500t日產(chǎn)量現(xiàn)代化水泥廠球磨機(jī)生產(chǎn)能力30%節(jié)能比例優(yōu)化介質(zhì)降低粉磨電耗4200㎡/kg比表面積優(yōu)質(zhì)介質(zhì)提高產(chǎn)品細(xì)度陶瓷工業(yè)應(yīng)用原料粉碎高純度細(xì)粉制備釉料制備均勻細(xì)膩釉面形成廢料回收利用降低成本提高效益新能源材料制備鋰電池材料粉碎正極材料納米化處理太陽能電池材料制備硅材料高純度粉碎燃料電池催化劑制備貴金屬催化劑超細(xì)分散第十二章：粉碎介質(zhì)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展趨勢智能化AI優(yōu)化控制系統(tǒng)綠色化低能耗環(huán)保介質(zhì)精細(xì)化納米級(jí)粉碎精確控制智能粉碎系統(tǒng)在線監(jiān)測實(shí)時(shí)監(jiān)測介質(zhì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自適應(yīng)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)最佳運(yùn)行參數(shù)人工智能優(yōu)化深度學(xué)習(xí)預(yù)測最優(yōu)工況綠色粉碎技術(shù)低能耗介質(zhì)高效傳能減少損耗環(huán)保材料應(yīng)用無污染可降解介質(zhì)廢棄介質(zhì)回收利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)降低資源消耗精細(xì)化粉碎納米級(jí)粉碎1-100nm