Мікромеханічні аспекти та шляхи підвищення ефективності процесу ущільнення дисперсних матеріалів

Анотація

Якісне ущільнення дисперсних матеріалів є критично важливим етапом для забезпечення довговічності та експлуатаційної надійності кінцевого виробу. Метою даного дослідження є синтез та аналіз сучасних наукових праць, присвячених мікромеханічним механізмам ущільнення, що базуються на методі дискретних елементів (DEM) та підтверджені лабораторними випробуваннями, для визначення ключових параметрів оптимізації процесу. Результати показують, що ущільнення є процесом перегрупування та перерозподілу частинок, який призводить до заповнення пор та формування стабільного силового каркаса. Розглядається поняття "точки блокування ущільнення", яка відповідає моменту досягнення піку динамічної жорсткості матеріалу. На мікрорівні цей стан характеризується досягненням стабільної горизонтальної орієнтації близько 60% великих частинок, що свідчить про формування стійкого скелета. Досліджено негативні наслідки переущільнення, яке настає після досягнення піку динамічної жорсткості матеріалу. Подальший вплив призводить не до покращення, а до деградації матеріалу через шліфування поверхні великих частинок та руйнування сформованого каркасу, що веде до зниження механічних властивостей. Проаналізовано вплив ключових параметрів, таких як частота вібрації, тиск обтиснення та гранулометричний склад, на напружений стан і перманентну деформацію. Встановлено, що оптимізація цих параметрів дозволяє максимізувати корисну енергію ущільнення, зокрема енергію ковзання при коченні, яка є найефективнішою для дисипації. Практична цінність дослідження полягає у створенні наукової основи для розробки оптимізованих технологій ущільнення, що дозволяють досягти максимальної несучої здатності матеріалу, уникаючи його пошкодження та забезпечуючи довготривалу стабільність виробів. Таким чином, дана робота закладає фундаментальну мікромеханічну основу для розробки передових технологій ущільнення.