[发明专利]一种颗粒滚动阻力模型参数的动力试验测定装置

说明书

针对现有离散元滚动阻力模型中一些关键参数无法精确确定的问题，本发明公开了一种颗粒滚动阻力模型参数的动力试验测定装置，包括调平后的光学试验平台、吹气加载装置、待测滚动体、激光位移传感器、控制器以及装有控制软件的PC端；吹气加载装置用于对待测滚动体加载使其产生摆动；控制器用于控制激光位移传感器发射激光以测量待测滚动体摆动过程的位置信息，同时控制PC端记录生成角位移曲线，并利用低阻尼体系自由振动曲线拟合所述角位移曲线，最后通过曲线周期识别滚动刚度系数K_r以及通过曲线衰减识别滚动阻尼系数c_r。本发明通过检测颗粒滚动停止前的摆动数据，可以消除其他因素对滚动阻力参数测量的影响，实现直接对滚动阻力参数进行精确测定。

技术领域

本发明属于颗粒滚动阻力模型参数测定技术领域，涉及一种离散元数值计算中颗粒间滚动接触阻力参数识别的动力试验测试装置，主要解决现有的离散元滚动阻力模型中一些关键参数无法精确确定的问题。本发明通过检测颗粒滚动停止前的摆动数据信息，消除其他因素对滚动阻力参数测量的影响，达到直接对滚动阻力参数进行精确测定的目的。

背景技术

目前普遍接受的修正离散元模型(MDEM)中，滚动阻力的表达方式为：

其中，K_r为滚动刚度系数，c_r为滚动阻尼系数，μ_r为临界滚动系数。在以上系数中，μ_r表达了颗粒滚动能否持续的临界状态，易于通过物理试验识别滚动临界试验确定；但滚动刚度系数K_r以及滚动阻尼系数c_r确定并不容易，目前大都是间接定义。如滚动刚度系数K_r通常是通过切向刚度和法向刚度乘以一个比例系数定义，而切向刚度和法向刚度易于通过物理实验测量，这个比例系数通过试算确定。

目前对直接测定滚动阻力试验开展研究，主要是通过能量守恒以及静力平衡两种试验方式测量滚动阻力，如对在自制导轨上滚动的颗粒进行观测，通过测量计算颗粒动能以及重力势能的变化而得出颗粒在运动过程中由于滚动阻力所做的功。但此类实验中未提取纯滚动的成分，无法确保运动过程中产生的阻力都是滚动阻力，可能还有滑动阻力。因此，此类实验方法无法将滚动、滑动这两种阻力完全分离开来，难以精确地对滚动阻力进行测定。

发明内容

针对现有技术中直接测量滚动阻力的过程中往往无法避免滑动阻力的影响，并且通过能量守恒的方式测量滚动阻力难以达到比较精确的程度，本发明通过对颗粒在滚动静止前的往复摆动行为进行检测，提出一种基于检测颗粒的摆动曲线并对其进行分析来识别滚动阻力模型参数的测定装置。本发明通过颗粒滚动的力学行为对滚动参数进行识别，在颗粒初速度情况下，颗粒静止前的滚动状态有两个阶段：第一阶段颗粒会沿一个方向滚动，由于受到阻力作用逐渐减慢；第二个阶段，颗粒滚动不能持续，出现往复摆动的现象，直到颗粒静止。这种往复摆动过程是一个弹性恢复力作用现象，摆动过程中只有滚动阻力参与，摆动频率只由颗粒滚动刚度和转动惯量参数反映。由于转动惯量易于测量，因此，可通过摆动频率来识别颗粒滚动刚度系数K_r。同时，摆动到停止的过程振幅的衰减反映了滚动过程能量耗散，通过摆动振幅衰减变化曲线可对滚动阻尼系数c_r进行识别。

本发明提供了一种颗粒滚动阻力模型参数的动力试验测定装置，包括调平后的光学试验平台、吹气加载装置、待测滚动体、激光位移传感器、控制器以及装有控制软件的PC端；

所述吹气加载装置和所述激光位移传感器安装于所述光学试验平台上，所述待测滚动体置于所述光学试验平台上且置于所述吹气加载装置和所述激光位移传感器之间；所述吹气加载装置用于对所述待测滚动体加载使其产生摆动；