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物料在砂石生产线中的耗散结构分析

更新时间:2020-02-27

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导读:而物料在破碎过程中的热传导、破碎损伤、塑性应变硬化等不可逆过程正好提供了能量耗散以及非线性动力学机制,从而使砂石生产线的物料破碎过程表现为一种耗散结构,在远离稳定平衡态的条件下,内部微缺陷演化的涨落被在某一方向放大而逐渐由无序分布发展为宏观有序的裂纹,从而导致物料所处某种非平衡定态的失稳,向新的稳定态发展。

破碎机在砂石生产线中主要用来破碎物料。

物料在破碎过程中,外界提供的机械能和热能不断转化为物料的内能,从而使物料的内能升高,偏离初始平衡态。

在特定的外载条件下,外界提供的机械能和热能与物料的内能达到一种动态的平衡,物料将处于某一定态。

一般来说,砂石生产线的物料内能将随外界载荷的增大而升高。

因而,这种定态相对于初始平衡态是不稳定的。

但在外界载荷不是很大的情况下,物料所处定态偏离平衡态不是很远,属于线性非平衡区,此时的定卷从热力学上看是可以存在的,可称为亚稳定态,而将初始平衡态称为稳定态。

当外界载荷比较大时,物料偏离平衡惑较远,属于非线性非平衡区,按照耗散结构理论,此时的定态是不稳定的,一些涨落可能被放大而导致物料向另一种新的定卷发展,这种不稳定的定态可称为临界态,而新的定悉则称为新的稳定态,这种转化则对应于物料的失稳破碎。

砂石生产线的物料破碎过程中热力学状态随外界载荷的变化如图2—4所示。

随着物料破碎过程中外界载荷的变化,各种微裂纹、微孔隙也不断发展,并终形成宏观裂纹而导致物料的破碎。

砂石生产线的物料热力学状态的涨落就主要体现为各种微缺陷的演化。

在亚稳定态,微缺陷的形成可能出现在物料中任意位置,呈无序分布。

而且微缺陷的尺寸、数量均处于较低规模,因而涨落不会导致物料状态的突变。

在这一状态下,砂石生产线的物料在宏观上表现为能量耗散的特点,外界载荷所做的功主要以弹性势能的形式储存在物料内部,导致物料向具有较高内能的临界态发展。

在临界态,微缺陷的形成表现出一定规律,主要集中分布在某一区域,具有一定的自组织性,可见某些涨落被逐渐放大,从而诱发宏观裂纹的产生,砂石生产线的物料状态失稳向另一状态发展,终形成破裂后的某种新的稳定态。

伴随这一突变,物料在宏观上表现出能量释放的特点,物料内部储存的弹性势能释放出来,引起物料的失稳破碎,在砂石生产线的物料破碎过程中往往体现为物料的突变破碎。

能量释放后,物料内能降低,又处于一种新的稳定态。

因此,砂石生产线的物料的破碎是其变形过程中微缺陷演化产生的涨落被放大而形成宏观裂纹的结果,这是一种自组织现象。

按照耗散结构理论,这种自组织的形成需要外部能量的供给,并通过内部的能量耗散和非线性动力学机制来维持。

而物料在破碎过程中的热传导、破碎损伤、塑性应变硬化等不可逆过程正好提供了能量耗散以及非线性动力学机制,从而使砂石生产线的物料破碎过程表现为一种耗散结构,在远离稳定平衡态的条件下,内部微缺陷演化的涨落被在某一方向放大而逐渐由无序分布发展为宏观有序的裂纹,从而导致物料所处某种非平衡定态的失稳,向新的稳定态发展。

也正因为如此,砂石生产线的物料在一定的应力范围内都有可能破碎,单从物料的应力状态是不能反映物料的破碎规律的。

较高的应力只是造成物料偏离稳定平衡态的充分条件,而物料的破碎与否还取决于内部能量耗散所形成的涨落是否被逐渐放大。

只有微缺陷演化产生的涨落达到某一临界值而被放大,才会导致宏观裂纹的形成和物料的破碎。

这也就说明了物料强度的离散性,这种离散性正是内部涨落随机性的体现。

所以,对于物料强度的表征必须从能量耗散的角度去考虑,必须从全过程中的细观缺陷演化去分析。

来源:河南矿机生产厂家http://www.dnszb.cn/。

砂石生产线中物料的耗散结构分析

破碎机在砂石生产线中主要用来破碎物料。

物料在破碎过程中,外界提供的机械能和热能不断转化为物料的内能,从而使物料的内能升高,偏离初始平衡态。

在特定的外载条件下,外界提供的机械能和热能与物料的内能达到一种动态的平衡,物料将处于某一定态。

一般来说,砂石生产线的物料内能将随外界载荷的增大而升高。

因而,这种定态相对于初始平衡态是不稳定的。

但在外界载荷不是很大的情况下,物料所处定态偏离平衡态不是很远,属于线性非平衡区,此时的定卷从热力学上看是可以存在的,可称为亚稳定态,而将初始平衡态称为稳定态。

当外界载荷比较大时,物料偏离平衡惑较远,属于非线性非平衡区,按照耗散结构理论,此时的定态是不稳定的,一些涨落可能被放大而导致物料向另一种新的定卷发展,这种不稳定的定态可称为临界态,而新的定悉则称为新的稳定态,这种转化则对应于物料的失稳破碎。

砂石生产线的物料破碎过程中热力学状态随外界载荷的变化如图2—4所示。

随着物料破碎过程中外界载荷的变化,各种微裂纹、微孔隙也不断发展,并终形成宏观裂纹而导致物料的破碎。

砂石生产线的物料热力学状态的涨落就主要体现为各种微缺陷的演化。

在亚稳定态,微缺陷的形成可能出现在物料中任意位置,呈无序分布。

而且微缺陷的尺寸、数量均处于较低规模,因而涨落不会导致物料状态的突变。

在这一状态下,砂石生产线的物料在宏观上表现为能量耗散的特点,外界载荷所做的功主要以弹性势能的形式储存在物料内部,导致物料向具有较高内能的临界态发展。

在临界态,微缺陷的形成表现出一定规律,主要集中分布在某一区域,具有一定的自组织性,可见某些涨落被逐渐放大,从而诱发宏观裂纹的产生,砂石生产线的物料状态失稳向另一状态发展,终形成破裂后的某种新的稳定态。

伴随这一突变,物料在宏观上表现出能量释放的特点,物料内部储存的弹性势能释放出来,引起物料的失稳破碎,在砂石生产线的物料破碎过程中往往体现为物料的突变破碎。

能量释放后,物料内能降低,又处于一种新的稳定态。

因此,砂石生产线的物料的破碎是其变形过程中微缺陷演化产生的涨落被放大而形成宏观裂纹的结果,这是一种自组织现象。

按照耗散结构理论,这种自组织的形成需要外部能量的供给,并通过内部的能量耗散和非线性动力学机制来维持。

而物料在破碎过程中的热传导、破碎损伤、塑性应变硬化等不可逆过程正好提供了能量耗散以及非线性动力学机制,从而使砂石生产线的物料破碎过程表现为一种耗散结构,在远离稳定平衡态的条件下,内部微缺陷演化的涨落被在某一方向放大而逐渐由无序分布发展为宏观有序的裂纹,从而导致物料所处某种非平衡定态的失稳,向新的稳定态发展。

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砂石生产线物料破碎过程中能量耗散研究

在砂石生产线中物料的代表性体积单元(RVE)破碎变形过程可以分为自由部分(可恢复部分,弹性部分εe)和非自由部分(不可恢复部分,非弹性部分εe)将式子Ψ=δΨ/δεeεe δΨ/δDD δΨ/δεp δΨ/δTT和ε=εe εp带入σε-p(Ψ ST)-q△T/T≥0,得到物料的代表性体积单元(RVE)的热力学第二定律用自由能以Clausius—Duhem不等式的形式: (σ-pδΨ/δεe)εe-p(S δΨ/δT)T σεp-p(δΨ/δDD δΨ/δεpεp)-q△T/T≥0 由于上式中εe与T在物料破碎过程中是可恢复的非永久变量,因而是任意的也是独立的,于是式中εe与T项前的系数应当为零。

由此可得出砂石生产线的物料破碎损伤的状态方程: σ=pδΨ/δεeS=-δΨ/δT 对于砂石生产线的物料的代表性体积单元(RVE)在外界载荷作用下的破碎情况,可定义损伤能量释放率Y和累积塑性硬化函数R,它们分别与物料的代表性体积单元(RVE)的损伤变量D和累积塑性硬化εep相对应: Y=-pδΨ/δDR=pδΨ/δεp 式中Y-损伤能释放率,J/m3; R-累积塑性硬化函数,Pa。

上述四个式子便构成砂石生产线的物料的代表性体积单元(RVE)在破碎过程中的状态方程,其中式子Y=-pδΨ/δD表示的物理含义为:物料的代表性体积单元(RVE)的损伤能量释放率y是由于损伤增长引起的弹性应变能的变化率。

同时引入热流量:g=-△T/T 则式子(σ-pδΨ/δεe)εe-p(S δΨ/δT)T σεp-p(δΨ/δDD δΨ/δεpεp)-q△T/T≥0可改写为:(σ-R)εp YD qg≥0 上式中的项为砂石生产线的物料的代表性体积单元(RVE)破碎过程中的塑性硬化耗散,第二项为物料的代表性体积单元(RVE)破碎过程中的损伤耗散,第三项为物料的代表性体积单元(RVE)破碎过程中热耗散。

同时上式也表明单位时间内物料的代表性体积单元(RVE)破碎过程中的能量耗散是非负的,砂石生产线的物料的代表性体积单元(RVE)破碎过程中能量耗散是不可避免的。

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