[發明專利]一種顆粒滾動阻力模型參數的動力試驗測定裝置

有效

• 申請號: 202010913793.1
• 申請日: 2020-09-03
• 公開（公告）號: CN112052588B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 高政國;王佃瑞;張雅俊
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01M13/00;G01M1/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

針對現有離散元滾動阻力模型中一些關鍵參數無法精確確定的問題，本發明公開了一種顆粒滾動阻力模型參數的動力試驗測定裝置，包括調平后的光學試驗平臺、吹氣加載裝置、待測滾動體、激光位移傳感器、控制器以及裝有控制軟件的PC端；吹氣加載裝置用于對待測滾動體加載使其產生擺動；控制器用于控制激光位移傳感器發射激光以測量待測滾動體擺動過程的位置信息，同時控制PC端記錄生成角位移曲線，并利用低阻尼體系自由振動曲線擬合所述角位移曲線，最后通過曲線周期識別滾動剛度系數K_r以及通過曲線衰減識別滾動阻尼系數c_r。本發明通過檢測顆粒滾動停止前的擺動數據，可以消除其他因素對滾動阻力參數測量的影響，實現直接對滾動阻力參數進行精確測定。

技術領域

本發明屬于顆粒滾動阻力模型參數測定技術領域，涉及一種離散元數值計算中顆粒間滾動接觸阻力參數識別的動力試驗測試裝置，主要解決現有的離散元滾動阻力模型中一些關鍵參數無法精確確定的問題。本發明通過檢測顆粒滾動停止前的擺動數據信息，消除其他因素對滾動阻力參數測量的影響，達到直接對滾動阻力參數進行精確測定的目的。

背景技術

目前普遍接受的修正離散元模型(MDEM)中，滾動阻力的表達方式為：

其中，K_r為滾動剛度系數，c_r為滾動阻尼系數，μ_r為臨界滾動系數。在以上系數中，μ_r表達了顆粒滾動能否持續的臨界狀態，易于通過物理試驗識別滾動臨界試驗確定；但滾動剛度系數K_r以及滾動阻尼系數c_r確定并不容易，目前大都是間接定義。如滾動剛度系數K_r通常是通過切向剛度和法向剛度乘以一個比例系數定義，而切向剛度和法向剛度易于通過物理實驗測量，這個比例系數通過試算確定。

目前對直接測定滾動阻力試驗開展研究，主要是通過能量守恒以及靜力平衡兩種試驗方式測量滾動阻力，如對在自制導軌上滾動的顆粒進行觀測，通過測量計算顆粒動能以及重力勢能的變化而得出顆粒在運動過程中由于滾動阻力所做的功。但此類實驗中未提取純滾動的成分，無法確保運動過程中產生的阻力都是滾動阻力，可能還有滑動阻力。因此，此類實驗方法無法將滾動、滑動這兩種阻力完全分離開來，難以精確地對滾動阻力進行測定。

發明內容

針對現有技術中直接測量滾動阻力的過程中往往無法避免滑動阻力的影響，并且通過能量守恒的方式測量滾動阻力難以達到比較精確的程度，本發明通過對顆粒在滾動靜止前的往復擺動行為進行檢測，提出一種基于檢測顆粒的擺動曲線并對其進行分析來識別滾動阻力模型參數的測定裝置。本發明通過顆粒滾動的力學行為對滾動參數進行識別，在顆粒初速度情況下，顆粒靜止前的滾動狀態有兩個階段：第一階段顆粒會沿一個方向滾動，由于受到阻力作用逐漸減慢；第二個階段，顆粒滾動不能持續，出現往復擺動的現象，直到顆粒靜止。這種往復擺動過程是一個彈性恢復力作用現象，擺動過程中只有滾動阻力參與，擺動頻率只由顆粒滾動剛度和轉動慣量參數反映。由于轉動慣量易于測量，因此，可通過擺動頻率來識別顆粒滾動剛度系數K_r。同時，擺動到停止的過程振幅的衰減反映了滾動過程能量耗散，通過擺動振幅衰減變化曲線可對滾動阻尼系數c_r進行識別。

本發明提供了一種顆粒滾動阻力模型參數的動力試驗測定裝置，包括調平后的光學試驗平臺、吹氣加載裝置、待測滾動體、激光位移傳感器、控制器以及裝有控制軟件的PC端；

所述吹氣加載裝置和所述激光位移傳感器安裝于所述光學試驗平臺上，所述待測滾動體置于所述光學試驗平臺上且置于所述吹氣加載裝置和所述激光位移傳感器之間；所述吹氣加載裝置用于對所述待測滾動體加載使其產生擺動；