飛しょう体衝突による粒状体の局所的高速衝撃圧縮挙動の解明

阐明弹丸碰撞引起的粒状物体的局部高速冲击压缩行为

基本信息

批准号：
12750071
负责人：
西田政弘
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Nagoya Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

项目摘要

容器の中に2次元的に最密充填された球状粒子(ナイロン球,直径6.3mm)からなる粒状体の上表面に,球状飛しょう体(鋼球,直径6.3mm)を斜めに衝突させ(4〜15m/s),粒状体の衝撃挙動を調べた.粒状体の飛散挙動を高速ビデオカメラにより測定し,同条件下で行った離散要素法によるシミュレーション結果と比較した.これまでシミュレーションにおける粒子間モデルの粘性係数は計算中一定とすることが多かったが,本研究では粒子間の接触力に依存した粘性係数を用いることにより,従来に比べ粒状体の飛散挙動の詳細な部分も再現できた.そこで,シミュレーションから得られる粒子の速度および粒子間の接触力を用いて,飛散現象のメカニズムを調べたところ,飛しょう体と被衝突粒子の衝突位置および衝突角度に大きく依存し,粒状体中を伝播する接触力も重要な役割を担っていることがわかった.また,シミュレーションでは,衝撃点直下の三角形状の領域が主に圧縮され,衝撃後0.20msの底面近傍に動的アーチングが現れた.そこで,自作の応力センサーを用いて,底面の接触力の測定を行ったところ,動的アーチングの出現を意味するM字形分布がほぼ同時刻に現れた.次に,ナイロン球からなる粒状体の一部にセラミックス球を挿入した異種粒子からなる粒状体への球状飛しょう体の衝突現象を調べた.セラミックス球を横方向に層状に入れたことにより,特にセラミックス層の上下で粒子の飛散挙動は大きく変化し,セラミックス層が無い場合に比べ,セラミックス層より上は大きく飛散するようになり,セラミックス層より下は飛散挙動が小さくなった.シミュレーションから得られた粒子の速度および粒子間の接触力を用いると,その現象はセラミックス層での接触力の反射およびセラミックス層を通過する際の接触力の減少が大きく影響していることがわかった.

球体（钢球，直径为6.3毫米）被斜（4-15 m/s）击中，在由球形颗粒（尼龙球，直径为6.3 mm）组成的颗粒体的顶部表面撞击，并在一个容器中填充了两个维度，并研究了粒状体的冲击行为。使用高速摄像机测量颗粒体的散射行为，并与在相同条件下使用离散元素方法的模拟结果进行了比较。到目前为止，在计算过程中，在模拟中，颗粒间模型的粘度系数保持恒定。尽管有很多情况，但本研究能够通过使用依赖于粒子之间接触力的粘度系数来重现颗粒体散射行为的详细部分。因此，当我们使用颗粒的速度和从模拟获得的颗粒之间的接触力调查了散射现象的机制时，我们发现通过颗粒体传播的接触力高度取决于飞行体的碰撞位置和碰撞的碰撞位置和碰撞粒子的碰撞角，以及通过粒状体传播的接触力起着重要的作用。此外，模拟在冲击点以下的三角形区域主要被压缩，动态拱形在撞击后0.20 ms附近出现在底部表面附近。因此，当我们使用自制应力传感器测量底部表面的接触力时，M形分布（意味着动态拱形的出现）大约在同一时间出现。接下来，我们研究了球形飞行体的碰撞现象成由尼龙球制成的颗粒体的一部分，该球体由不同种类的颗粒组成，陶瓷球插入了由尼龙球制成的颗粒体中的一部分。陶瓷球横向放置在层中。这会导致颗粒的散射行为发生巨大变化，尤其是在陶瓷层上方和下方，并且散射行为明显高于陶瓷层，而不是没有陶瓷层时，并且散射行为在陶瓷层以下较小。使用从模拟和颗粒之间获得的颗粒的速度，发现这种现象在很大程度上受到陶瓷层中接触力反射的影响，并且在通过陶瓷层时的接触力减少。