本發(fā)明涉及礦物加工，尤其是涉及一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法。

背景技術(shù)：

1、半自磨技術(shù)是礦石加工領(lǐng)域中不可或缺的環(huán)節(jié)，主要依靠點(diǎn)接觸和強(qiáng)沖擊力的鋼球介質(zhì)，通過沖擊和研磨使目標(biāo)礦物盡可能達(dá)到單體解離，在礦石破碎領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。然而，在半自磨機(jī)中，磨礦過程如同一個“黑匣子”，難以深入研究其內(nèi)部礦石的破碎過程。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，離散單元法(dem)逐漸成為一種有效解決顆粒狀和不連續(xù)材料工程問題的方法。在dem仿真中，正確設(shè)置仿真參數(shù)至關(guān)重要，若參數(shù)選取不準(zhǔn)確，可能會導(dǎo)致仿真結(jié)果的偏差，從而影響對實(shí)際破碎過程的預(yù)測和分析。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，大多數(shù)研究者針對礦石顆粒的離散元破碎模型參數(shù)未進(jìn)行標(biāo)定或標(biāo)定不全，這將會顯著影響仿真結(jié)果的精度。因此，有必要提供一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法。在使用dem模擬半自磨機(jī)系統(tǒng)中礦石顆粒的破碎過程之前，對礦石顆粒的離散元破碎模型參數(shù)進(jìn)行全面且詳細(xì)地標(biāo)定，以提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，仿真結(jié)果可用于指導(dǎo)半自磨機(jī)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，在dem模擬半自磨機(jī)系統(tǒng)中礦石顆粒的破碎過程之前，對礦石顆粒的離散元破碎模型參數(shù)進(jìn)行全面且詳細(xì)地標(biāo)定，以提高仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，包括以下步驟：

3、s1、測定礦石顆粒的離散元物理參數(shù)、休止角及靜摩擦系數(shù)；

4、s2、采用響應(yīng)面法建立休止角二次多項(xiàng)式回歸模型，通過休止角仿真與休止角試驗(yàn)對比，獲得礦石顆粒的恢復(fù)系數(shù)、動摩擦系數(shù)和滾動摩擦阻力；其中，離散元接觸參數(shù)包括靜摩擦系數(shù)、動摩擦系數(shù)、恢復(fù)系數(shù)及滾動摩擦阻力；

5、s3、采用s1和s2中獲得的離散元物理參數(shù)和接觸參數(shù)進(jìn)行休止角仿真，并通過休止角試驗(yàn)比較休止角角度及堆積形狀，以驗(yàn)證礦石顆粒離散元基本參數(shù)的準(zhǔn)確性；

6、s4、基于彈射式落球沖擊設(shè)備進(jìn)行單顆粒沖擊試驗(yàn)，通過改變沖擊比能，擬合礦石顆粒的破碎概率與沖擊比能的對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)曲線，獲得礦石顆粒的破碎模型參數(shù)；

7、s5、通過單顆粒沖擊試驗(yàn)測定不同沖擊比能下破碎產(chǎn)物粒度分布來確定破碎指數(shù)t10；

8、s6、通過對單顆粒進(jìn)行單軸壓縮試驗(yàn)，記錄不同位移下軸向應(yīng)力的變化，擬合出礦石顆粒的累積損傷常數(shù)；

9、s7、通過3d掃描儀掃描并簡化礦石顆粒的三維形貌以建立礦石的顆粒模型；

10、s8、根據(jù)s1-s7建立礦石顆粒的離散元破碎模型，模擬彈射式落球沖擊設(shè)備進(jìn)行單顆粒沖擊仿真，通過對比仿真與試驗(yàn)的累積質(zhì)量分布曲線，以驗(yàn)證所建立離散元破碎模型的準(zhǔn)確性，確定礦石顆粒的離散元破碎模型參數(shù)。

11、優(yōu)選的，在s1中，離散元物理參數(shù)包括顆粒密度、剪切模量、泊松比，測定方法包括排水試驗(yàn)、斜板試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)、粒徑篩分試驗(yàn)和圓筒注入試驗(yàn)。

12、優(yōu)選的，在s2中，休止角二次多項(xiàng)式回歸模型采用顯著性分析試驗(yàn)、最陡爬坡試驗(yàn)及響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)建立，休止角二次多項(xiàng)式回歸模型：

13、y＝31.30+1.88*a+1.46*b+0.96*c+0.60*ab+0.12*bc+0.41*a2+0.087*b2-0.26*c2(1)

14、其中，a為礦石和鋼之間動摩擦系數(shù)，b為礦石和礦石之間動摩擦系數(shù)，c為礦石顆粒的滾動摩擦阻力。

15、優(yōu)選的，在步驟s4中，單顆粒沖擊試驗(yàn)操作時采用電磁鐵抓取鋼球，控制鋼球下落，礦石顆粒受到的沖擊能量e計(jì)算公式如下：

16、

17、單位質(zhì)量顆粒所受到的沖擊能量，即沖擊比能wm，kin為：

18、

19、其中，mg為鋼球質(zhì)量，mi為礦石顆粒質(zhì)量，hg為光電門高度，h為落球高度，vg為光電門所測鋼球速度；

20、通過改變沖擊比能研究礦石顆粒的破碎概率與沖擊比能的對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)擬合曲線，根據(jù)公式4和公式5，獲取中位質(zhì)量比斷裂能e50后，根據(jù)公式6擬合礦石顆粒的破碎模型參數(shù)；

21、

22、其中，p0(e)為破碎概率，e*為相對比斷裂能，emax為所有粒子在單次撞擊中斷裂的沖擊比能，e是粒子在單次撞擊中的沖擊比能，e50為中位顆粒比斷裂能，σ2為斷裂能對數(shù)正態(tài)分布的方差，dp為顆粒尺寸，e∞、d0、為擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的破碎模型參數(shù)。

23、優(yōu)選的，在s5中，單顆粒沖擊試驗(yàn)時通過彈射式落球沖擊設(shè)備測定不同沖擊比能下破碎產(chǎn)物粒度分布來確定破碎指數(shù)t10；

24、t10＝a[1-exp(-b×ecs)]??????????????????(7)

25、其中，ecs為沖擊比能，即沖擊能量與礦石試樣的質(zhì)量mi之比，a是在單次沖擊事件中的最大破損，即通過的百分比，b為標(biāo)準(zhǔn)jk斜率參數(shù)。

26、優(yōu)選的，在步驟s6中，礦石顆粒的累積損傷常數(shù)γ計(jì)算時，利用hertzian理論計(jì)算軸向應(yīng)力的理論值后，再計(jì)算損傷變量，如公式8-公式11所示；

27、

28、其中，en為n次加載循環(huán)后無斷裂的顆粒比斷裂能；dn*為第n個加載周期中顆粒的損傷分?jǐn)?shù)；γ為損傷累積系數(shù)；eimp,n為第n次加載循環(huán)結(jié)束時顆粒內(nèi)的瞬時沖擊比能；fexpt為試驗(yàn)力，fhertzian為hertzian彈性接觸理論的曲線求出的彈性力；δp為顆粒位移，δp*是顆粒在斷裂時的變形量。

29、優(yōu)選的，在s7中，通過3d掃描儀中網(wǎng)格優(yōu)化方法簡化礦石顆粒的三維形貌。

30、因此，本發(fā)明采用上述一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，有益效果如下：

31、(1)本發(fā)明可以對礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)進(jìn)行全面且詳細(xì)地標(biāo)定，提高礦石顆粒破碎仿真的準(zhǔn)確性，礦石顆粒破碎過程可視化。

32、(2)本發(fā)明的仿真結(jié)果可用于指導(dǎo)半自磨機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

技術(shù)特征：

1.一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：在s1中，離散元物理參數(shù)包括顆粒密度、剪切模量、泊松比，測定方法包括排水試驗(yàn)、斜板試驗(yàn)、單軸壓縮試驗(yàn)、粒徑篩分試驗(yàn)和圓筒注入試驗(yàn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：在s2中，休止角二次多項(xiàng)式回歸模型采用顯著性分析試驗(yàn)、最陡爬坡試驗(yàn)及響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)建立，休止角二次多項(xiàng)式回歸模型：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：在s4中，單顆粒沖擊試驗(yàn)操作時采用電磁鐵抓取鋼球，控制鋼球下落，礦石顆粒受到的沖擊能量e計(jì)算公式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：在s5中，單顆粒沖擊試驗(yàn)時通過彈射式落球沖擊設(shè)備測定不同沖擊比能下破碎產(chǎn)物粒度分布來確定破碎指數(shù)t10；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：在s6中，礦石顆粒的累積損傷常數(shù)γ計(jì)算時，利用hertzian理論計(jì)算軸向應(yīng)力的理論值后，再計(jì)算損傷變量，如公式8-公式11所示；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：在s7中，通過3d掃描儀中網(wǎng)格優(yōu)化方法簡化礦石顆粒的三維形貌。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，包括以下步驟：通過試驗(yàn)測定礦石顆粒的離散元物理參數(shù)及靜摩擦系數(shù)；建立休止角回歸模型，通過休止角仿真與休止角試驗(yàn)對比獲得礦石顆粒的其它接觸參數(shù)；基于彈射式落球沖擊設(shè)備進(jìn)行單顆粒沖擊及壓縮試驗(yàn)標(biāo)定Tavares破碎模型參數(shù)；利用3D掃描礦石三維形貌建立離散元顆粒模型；根據(jù)上述過程建立礦石顆粒的離散元破碎模型進(jìn)行單顆粒沖擊仿真，將顆粒破碎的累積質(zhì)量分布作為評價指標(biāo)，以確定礦石顆粒的離散元破碎模型參數(shù)。本發(fā)明采用上述一種半自磨機(jī)礦石顆粒離散元破碎模型參數(shù)標(biāo)定方法，能夠提高半自磨機(jī)系統(tǒng)中礦石顆粒破碎仿真的準(zhǔn)確性，以期較好地可視化礦石顆粒的破碎過程。

技術(shù)研發(fā)人員：吳萬榮,鮑銘,田廣天,邱秉暉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30