破碎机广泛应用于矿产行业中，研究矿物破碎过程对优化破碎设备产品质量、降低设备能耗具有重要意义。目前实验是研究矿物破碎的主要手段，然而矿物破碎实验成本高、难度大。随着计算机技术的发展，DEM数值仿真逐渐发展成为研究矿物破碎过程的一种手段，但目前仍存在模型精度差、计算效率低的问题。为此，本文在DEM框架内提出了一种基于颗粒替换方案的颗粒破碎模型，其中颗粒由多面体模型描述，多面体颗粒通过快速切割算法准确地再现由破碎模型确定的子代颗粒的尺寸分布。本文首先通过落锤实验和DEM仿真验证了破碎模型的精度，然后对反击式破碎机运行过程进行了数值模拟和分析，主要研究内容及结果如下：
（1） 提出了一种将多面体颗粒切割成若干子代多面体颗粒的快速切割算法。研究了多面体和子颗粒的数量对算法运行时间和每个子颗粒的体积误差的影响，发现子代颗粒的相对尺寸误差遵循高斯分布，并且相对误差在-2%至2%范围内的子代颗粒的比例超过70%。一个时间步长内，破碎过程仅占总运行时间的5%左右，证明了该算法具有较高的效率。
（2） 建立了基于撞击能量的破碎模型，子代颗粒的尺寸分布基于Tavares提出的“t₁₀理论”。破碎模型通过在模拟过程中的每个时间步长之后生成虚拟能量来控制颗粒破碎的概率，通过选择破碎家族来控制由特定颗粒破碎生成的子代颗粒的尺寸分布。通过单颗粒的破碎过程模拟证明了破碎模型能准确地描述颗粒的破碎概率。
（3） 对颗粒床破碎实验进行了数值仿真，并与实验结果进行了对比，模拟结果很好地描述了落锤冲击后颗粒床中的颗粒尺寸分布。对反击式破碎机的运行进行了数值仿真，发现破碎机的功率、出料的粒径分布表现出与实验结果较高的一致性，证明了该模型和数值方法的可靠性。
 

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