筒仓在许多工业中广泛用于散装物料的装卸。粮食颗粒是典型的散体材料,以离散元数值模拟为主要手段建立粮食颗粒的宏-细观桥梁,探究散体粮食颗粒在筒仓中的细观动力学特征,是量化研究仓内粮食颗粒运动特性的主要方法。但是目前应用较为广泛的单一圆形颗粒简化模型既不能准确反映粮食颗粒的非规则形状,更难以精确模拟筒仓卸粮过程中的散体宏细观动态力学机理。因此,建立更符合颗粒真实形状的离散元模型,对于揭示粮食颗粒在卸料散体动力特征细观机理,具有重要的理论和现实意义。本文依托国家自然基金项目(51708182)“筒仓卸粮成拱及其对仓壁超压作用的动态演进机制研究”,利用离散元软件建立多球组合颗粒模型,并进行室内卸粮物理模型试验,验证模拟模型的准确性;并基于该模型,针对筒仓卸粮过程中流动特性和成拱塌陷现象等细宏观动力学机理进行详细的量化研究。主要研究内容及结论如下:1.本文通过EDEM离散元软件建立仿真模拟筒仓模型,采用多球组合颗粒模型拟合椭球型小麦颗粒,详细阐述了离散元软件中颗粒的接触检测算法和三维颗粒的接触力计算,多球颗粒的独特接触力运算方式,以及颗粒基于牛顿第二定律的运动方程和颗粒力学行为和运动特征的更新方式。2.进行室内卸粮试验,监测卸粮速率,流动状态,孔隙率等实验数据,并将模拟结果与实验结果进行对比分析,验证多球组合颗粒模型合理性和模拟准确性。研究证明,多球组合颗粒模型可以客观准确地揭示卸粮过程中的宏细观力学机理,为深入揭示筒仓卸粮宏细观动力学特征提供了新的研究手段。3.基于多球组合颗粒模型,通过对离散元模拟筒仓进行切片观察和数据处理,从流速和角速度两个方面分析了流动特性的空间分布和演化机制,证明了流动特性参数受流动状态和仓壁剪切边界的影响很大,流动特性参数是流动状态划分的重要表征。4.基于多球组合颗粒模型,选取成拱前,稳定成拱和塌拱三个时刻,从细观层面研究散体颗粒在筒仓卸粮的成拱塌陷过程中的力学行为。不仅证实了卸粮过程中拱效应的存在,而且针对筒仓的成拱过程中颗粒受力演化机制展开了全面量化的研究。本文紧密结合近年来散体力学的最新研究成果,针对不规则形状粮食颗粒建立了多球组合颗粒模型,为粮食散体离散元模拟计算提供了新的分析模型。采用该模型进行颗粒流动特性演化机制和卸粮成拱应力演化机制研究,研究结论对于筒仓设计研发具有重要的参考价值。