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本文采用组合球模型并结合离散元(DEM)方法数值模拟了立方体颗粒在三维(3D)机械振动条件下的动态堆积致密化。研究了振动参数及颗粒材料属性对堆积密度的影响,并对立方体堆积的宏观性能如堆积密度及各微观性能如配位数(CN)、径向分布函数(RDF)、颗粒的取向分布、接触结构及力的网络结构等进行了系统的表征分析,同时研究了振动堆积致密化的机理。结果表明:(1)3D机械振动的振幅A及振动频率ω对立方体颗粒的堆积致密化产生显著影响,颗粒的堆积密度均随振幅A或振动频率ω的增大而呈现先升高后降低的趋势,当A=O.15dv(其中dv表示颗粒的当量直径)及co=100Rad/s时获得的堆积密度最大。(2)除振动条件的影响外,数值模拟结果表明颗粒材料属性中的滑动摩擦系数对立方体颗粒堆积密度的影响很大,而滚动摩擦系数、恢复系数及剪切模量对堆积密度的影响相对较小。然而,剪切模量在一定程度上影响着振动参数的选取。(3)除立方体粒子的振动堆积致密化的DEM数值仿真外,本文还对另外两种长方体颗粒(相应长宽高比例:长方体1为1:1:2;长方体2为3:5:9)的振动堆积进行了模拟。综合比较发现立方体颗粒的堆积密度最高,而长方体1的堆积密度次之,长方体2的堆积密度最低。(4)微观结构表征发现立方体颗粒的CN分布峰值虽然在振动初期变化较大,然而之后却基本保持不变,且很难超过6,这与立方体颗粒的形状特点有很大联系。RDF峰值的变化体现了致密化过程中颗粒间位置的相关性会不断增强,逐渐由短程有序向长程有序过渡。径向堆积密度、取向分布、接触网络及力的网络分析均表明颗粒体系在致密化过程中首先在靠近容器壁的位置形成有序堆积,随后有序区域逐步向堆积体系内部扩张,体现了容器壁对堆积致密化的重要影响。(5)数值模拟发现选择适宜的容器形状(长方体形)及三维机械振动参数可以实现立方体颗粒堆积在整体加料条件下由无序状态到有序状态的转变。