Development of contact and wear models in grinding mill DEM-simulation

Abstract

Tässä työssä käsitellään DEM-simulaationa toteutetun DEMMY-jauhatusmyllysimulaattorin partikkelien sekä partikkelien ja seinien välisten törmäyksiä kuvaavan mallin parantamiseksi tehtyä tutkimusta. Lisäksi tutkittiin jauhatusmyllyjen vuorauksen kulumisen mallintamista DEM-simulaatiosta saatavien tietojen perusteella.

Simulaattoriin implementoitiin kontaktimalliksi aiemmin toteutetun lineaarisen jousi-mäntämallin oheen viskoelastinen jousi-mäntämalli, joka pohjautuu tunnettuun Hertzin teoriaan kimmoisien pallojen törmäyksestä, laajennettuna vaimennustermillä. Uudessa mallissa hyödynnetään tehokkaammin materiaalien fysikaalisia parametreja, ja voitiin todeta, että malli on parempi kuin aiemmin toteutettu. Kontaktien tangentin suuntaisia voimia mallintamaan toteutettiin yksinkertainen lineaarisen vaimentamattoman jousen ja liukukitkan yhdistävä ns. Cundall-Strack -malli, joka osoittautui fysikaalisesti uskottavaksi.

Kulumiselle löydettiin muutamia teoreettisia malleja, joita käyttäen voidaan myllysimulaatiosta saatavan datan perusteella arvioida, paljonko myllyn vuorauksesta poistuu materiaalia kulumisen johdosta. Muodostamalla kulumisen jakauman myllyn poikkileikkauksen profiilin suhteen, voitaneen simuloida myös vuorauksen geometrian muutosta.

DEM-simulaatiossa käytettävä aika-askel on läheisessä yhteydessä kontaktimalleihin, joten tutkittiin myös aika-askeleen valintaa ja pyrittiin määrittämään, kuinka suurella arvolla simulaatiota voi ajaa. Havaittiin, että esimerkiksi jauhatusmyllyn ottamaa tehoa simuloitaessa, aika-askeleen koolla ei ole juurikaan merkitystä kokonaistuloksen kannalta, kunhan simulaatio pysyy vakaana.