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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳彥曄
研究生(外文):Yen-Yeh Wu
論文名稱:二維垂直振動槽顆粒物質分層效應與顆粒密度、振動振幅與振動頻率之關係
論文名稱(外文):On the effects of particle density, vibration amplitude and frequency on the particle segregation in a 2-D vertically-vibrated granular matter
指導教授:李宇欣李宇欣引用關係方中方中引用關係
指導教授(外文):Yu-Sin LiFang Chung
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:垂直振動顆粒物質分層效應
外文關鍵詞:vertically-vibrateparticle segregationgranular matter
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顆粒物質由許多大小形狀不一的粒子所構成,粒子間存在著空隙,而空隙裡可能由氣體、液體或是更小的顆粒所填補,因此顆粒物質是不連續體而非連續體。因為顆粒物質的特殊組成方式,使它成為當受力時,其行為與固體或液體有所不同的特殊物質。在顆粒物質許多特殊行為如流動化、膨脹、分層現象等等中,本論文選擇研究顆粒分層現象在不同系統環境條件下的行為有何差異,改變的系統環境條件有容器振動角頻率、振幅、顆粒之間的密度比、容器頂部是否加蓋。
本論文運用基於離散元素法(DEM)所撰寫之FORTRAN程式模擬在一個底部進行垂直簡諧振動的系統容器中,顆粒從容器底部上升至頂層之過程,並記錄最後顆粒數據如在容器內的位置、顆粒速度,並將顆粒在容器中高度的改變畫成曲線圖,觀察其上升曲線是否有特殊變化,再將顆粒及邊界位置的數值轉成影片以便觀察所需之數據。利用趨勢線推論得到角頻率的改變,會使得系統加蓋時分層現象中顆粒上升到達頂層時間的結果為二次曲線分佈,顆粒密度比提高則使此二次曲線曲率有變大的趨勢,振動的振幅增大會使顆粒上升速度加快。
Granular matter consists of many particles which have different size and shape, and there exists interspace between the paticles. The interspace can be filled with air, liquid, or smaller particles etc. It’s different from solid or liquid, and has some special characteristics when it is forced to vibrate. In this research, we studyed the phenomena of particle segregation in a 2-D vertically-vibrated granular matter. The main idea is to discover the fundamental factors like density, vibration amplitude and frequency that influence the segregation phenomena.
We simulated a box filled with round particles, forced to experience harmonically vertical-vibration. During this process, the traced particle with smaller density will rise from the bottom of the box toward the free surface. The tendency of different frequency is approximated by using a quadratic equation. When the particle density becomes larger, the rising tendency of the traced particle becomes significant. The rising velocity of the particle becomes larger when the vibration amplitude becomes bigger.
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 I
圖目錄 VIII
表目錄 X
符號說明 XI
第一章 顆粒物質導論 1
1-1 何謂顆粒物質 1
1-2 顆粒物質的應用 2
1-3 顆粒物質的特性 2
1-4 論文主題與架構 8
第二章 文獻回顧 10
2-1 研究課題 10
2-2 研究方法 12
2-2-1 分子動力學(Molecular Dynamics)及離散元素法(Discrete Element Method, DEM) 12
2-2-2 統計力學(Statistical Mechanics) 16
2-2-3 連體力學(Continuum Mechanics) 17
第三章 理論分析 19
3-1 碰撞理論 19
3-1-1 Hertz接觸理論 19
3-1-2 恢復係數 21
3-2 顆粒碰撞運動方程式 22
3-2-1 線性模型基本理論 23
3-2-2 非線性模型碰撞理論 25
3-3 程式演算法 28
3-3-1 搜尋演算法 28
3-3-2 速度合成法 29
第四章 數值模擬結果討論 32
4-1 研究問題定義 32
4-2 系統模擬流程及設定 35
4-3 顆粒上升曲線圖及數據 38
4-3-1 對照組驗證 38
4-3-2 模擬數據 40
4-4 趨勢線圖分析 60
4-5 結果討論 72
第五章 結論與未來展望 76
5-1 結論 76
5-2 未來展望 77
參考文獻 79
附錄A 計算主程式碼 81
附錄B MATFOR影像化程式碼 90
簡歷 95
[01]Hutter, K., Wilmanski, K. Kinetic and Continuum theories of granular and porous media, pp. 8-11 (1999)
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[21]陳泰安、盛若磐、王仲宇,「球形顆粒系統之碰撞分析及演算法」,博士論文,國立中央大學土木工程學系,中壢 (2001)
[22]Zhang, D. & W.J. Whiten An Efficient Calculation Method for Particle Motion in Discrete Element Simulations,Powder Technology, Vol.98, pp.223-230 (1998)
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