[发明专利]多功能复杂多相维碰撞实验仪

说明书

本发明涉及一种多功能复杂多相维碰撞实验仪，包括相邻两边有附坐标纸的侧围壁的可调高腿支撑碰撞体承接平台与之相配的碰撞装置和高速相机，碰撞装置包括发出碰撞体的碰撞主动机构和与之配合的提供静止被碰撞体的碰撞被动机构；平台并列主立架通过高度可调和角度可调的主横向支撑机构设置碰撞主动机构和副横向支撑机构设置提供静止被碰撞体的碰撞被动机构；分别相对两相邻侧围壁的两高速相机拍摄碰撞主动机构发出的碰撞体与碰撞被动机构提供的被碰撞体的碰撞过程。具有能对直径远大于颗粒直径物体与颗粒系统碰撞进行测量，也能对颗粒与颗粒系统碰撞进行测量，更能对物体与复杂多相系统测量的优点。

技术领域

本发明涉及一种碰撞实验装置，特别是涉及一种多功能复杂多相维碰撞实验仪。

背景技术

散体在我们的生活中普遍存在， 如自然界中的砂砾、 谷粒以及工业上的固体化工原料、 粉末等都属于散体模型。散体的性质与现在研究得较为广泛的固体和流体有很大不同。目前尚无成熟的基础理论来解释其动力学机理，动力学模拟过程也区别于一般铰接的多体系统动力学。 散体力学是固体力学的一个分支，主要研究散体受力时的极限平衡和运动规律。研究一般的散体力学过程还须用数值模拟的方法。散体数值模拟方法中运用的最为广泛的就是离散单元法 (distinct element method，DEM)。接触模型是DEM的核心。碰撞是物质相互作用的一种形式, 其特点是作用强度很大, 而作用时间很短。碰撞动力学是研究物质在碰撞这种特殊作用下, 其相互作用的规律。接触作为一个概念, 同碰撞相比,常常被混淆。在此, 我们将接触描述为在有限的时间内发生的一种连续的过程。离散单元法主要有三种接触模型：硬球模型，软球模型和基于接触力学的模型。

发明内容

当需要快速模拟时采用恢复系数和碰撞刚体的硬球模型更为合理。碰撞恢复系数是弹塑性体碰撞的一个重要的指标，在许多学科中都有广泛的应用.碰撞恢复系数有几种不同的定义方式: a按速度定义始于牛顿对质点碰撞的研究,碰撞后法向相对分离速度vnr和碰撞前相对接近速度vn0 的比值e = vnr/vn0；b按冲量定义19 世纪初由Poisson 提出来,恢复阶段法向冲量Ir 与压缩阶段的法向冲量I0 之比e = Ir/I0；c能量定义： Stronge于1990 年给出的定义. 在能量定义中，恢复系数的平方e2 为恢复阶段弹性变形所释放的能量Er 与压缩阶段储存的能量E0 之比e =(Er/E0)1/2。目前在散体系统采用硬球模型模拟的过程中多应用牛顿常数型的恢复系数。另外，在地质研究中如泥石流，要考虑石块与泥地的碰撞；在机械系统中，要考虑零件与含润滑剂的系统发生碰撞，测量恢复系数特别是牛顿恢复系数是常用手段。为测量多种碰撞中碰撞前后的速度变化，进一步求出牛顿恢复系数和能量变化（能量恢复系数），很多测量碰撞恢复系数的装置被发明出来。专利号为CN206787790U和CN107144500A的专利是最新专利，这两个专利，只能测量颗粒和颗粒，颗粒和平板的碰撞，不能对物体（直径远大于颗粒直径）与颗粒系统的碰撞进行测量，也不能对颗粒与颗粒系统的碰撞进行测量，更不能对物体与复杂多相系统（液、颗粒和平面固体系统的混合）的碰撞进行测量。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种多功能复杂多相维碰撞实验仪。

为实现上述目的，本发明多功能复杂多相维碰撞实验仪包括实验台及与之相配的碰撞装置和用于拍摄碰撞的高速相机，实验台是相邻两边有附坐标纸的侧围壁的可调高腿支撑碰撞体承接平台，碰撞装置包括发出碰撞体的碰撞主动机构和与之配合的提供静止被碰撞体的碰撞被动机构；平台并列主立架通过高度可调和角度可调的主横向支撑机构设置碰撞主动机构和副横向支撑机构设置提供静止被碰撞体的碰撞被动机构，或平台并列副立架通过支撑高度角度可调的副横向支撑机构设置提供静止被碰撞体的碰撞被动机构，或者平台上设置提供静止被碰撞体的碰撞被动机构；分别相对两相邻侧围壁的两高速相机拍摄碰撞主动机构发出的碰撞体与碰撞被动机构提供的被碰撞体的碰撞过程。其可研究多种碰撞，采集碰撞数据，研究碰撞特点。具有能对直径远大于颗粒直径物体与颗粒系统碰撞进行测量，也能对颗粒与颗粒系统碰撞进行测量，更能对物体与复杂多相系统（液、颗粒和平面固体系统的混合）碰撞进行测量的优点。