Fractal characteristics analysis of ore-particle clusters under quasi-static loading

• Autorzy: Hao Shuhao , Cai Gaipin , Wang Weifeng , Fan Longhui , Cao Xin

Identyfikatory

DOI

10.24425/gsm.2024.151525

Warianty tytułu

PL

Analiza charakterystyk fraktalnych skupisk cząstek rudy pod obciążeniem quasi-statycznym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

To investigate the quasi-static loading fracture characteristics of a certain wolframite ore, a crushing model of ore particle clusters was established using the Tavares model. The fracture characteristics of ore particle clusters under quasi-static loading were studied through simulation, and the results were compared with experimental data from crushing tests. The findings revealed that under different quasi-static loads, the post-crushing particle size distribution varied significantly. With increasing quasi-static loads, the proportion of smaller particles after crushing increased, indicating a higher degree of fragmentation in the ore particle clusters. Additionally, as the quasi-static load continued to increase, the average particle size of the ore particle clusters decreased. The average particle size provided a direct and intuitive measure of the fragmentation status of the ore particle clusters. Furthermore, the ore particle clusters exhibited fractal patterns during quasi-static loading, with the fractal dimension of particle size distribution ranging from 0.9205 to 1.3603 under different quasi-static loads. The fractal dimension increased with the increment of quasi-static load, indicating a higher level of fragmentation. Moreover, the fractal dimension of ore particle clusters during quasi-static loading exhibited a decreasing trend with the average particle size of fragmentation. This study contributes to a comprehensive understanding of the fractal characteristics associated with the quasi-static loading fracture of ore particle clusters.

PL

Aby zbadać charakterystykę pękania pod obciążeniem quasi-statycznym określonej rudy wolframitu, opracowano model kruszenia skupisk cząstek rudy przy użyciu modelu Tavaresa. Charakterystykę pękania skupisk cząstek rudy pod obciążeniem quasi-statycznym zbadano poprzez symulację, a wyniki porównano z danymi eksperymentalnymi z testów kruszenia. Wyniki badań wykazały, że przy różnych obciążeniach quasi-statycznych rozkład wielkości cząstek po kruszeniu znacznie się różnił. Wraz ze wzrostem obciążeń quasi-statycznych zwiększał się udział mniejszych cząstek po kruszeniu, co wskazuje na wyższy stopień rozdrobnienia skupisk cząstek rudy. Dodatkowo, w miarę dalszego wzrostu obciążenia quasi-statycznego, średni rozmiar cząstek w skupiskach cząstek rudy zmniejszał się. Średni rozmiar cząstek stanowił bezpośrednią i intuicyjną miarę stanu rozdrobnienia skupisk cząstek rudy. Co więcej, skupiska cząstek rudy wykazywały fraktalne wzory przy quasi-statycznym obciążeniu, z fraktalnym wymiarem rozkładu wielkości cząstek w zakresie od 0,9205 do 1,3603 przy różnych obciążeniach quasi-statycznych. Wymiar fraktalny wzrastał wraz ze wzrostem obciążenia quasi-statycznego, wskazując na wyższy stopień kruszenia. Co więcej, wymiar fraktalny skupisk cząstek rudy podczas quasi-statycznego obciążenia wykazywał tendencję malejącą wraz ze średnim rozmiarem cząstek kruszenia. Badanie to przyczynia się do wszechstronnego zrozumienia charakterystyki fraktalnej związanej z quasi-statycznym pękaniem obciążeniowym skupisk cząstek rudy.

Słowa kluczowe

EN

fractal dimension; ore particle cluster; fracture characteristics; Tavares model; wolframite

PL

wymiar fraktalny; skupisko cząstek rudy; charakterystyka pęknięć; model Tavaresa; wolframit

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN ; Komitet Zrównoważonej Gospodarki Surowcami Mineralnymi PAN
• Czasopismo: Gospodarka Surowcami Mineralnymi
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 40, z. 3
• Strony: 69--86
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Hao Shuhao

• School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, China

• https://orcid.org/0009-0007-7814-4302

autor

Cai Gaipin

• School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, China
• Jiangxi Province Engineering Research Center for Mechanical and Electrical of Mining and Metallurgy, China

autor

Wang Weifeng

• School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, China

autor

Fan Longhui

• School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, China

autor

Cao Xin

• School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, China

Bibliografia

• [1] Barrios et al. 2020 – Barrios, G., Jiménez-Herrera, N. and Tavares, L.M. 2020. Simulation of particle bed breakage by slow compression and impact using a DEM particle replacement model. Advanced Powder Technology 31(7), pp. 2749-2758, DOI: 10.1016/j.apt.2020.05.011.
• [2] Cleary, P.W. and Sinnott, M.D. 2015. Simulation of particle flows and breakage in crushers using DEM: Part 1 – Compression crushers. Minerals Engineering 74, pp. 178-197, DOI: 10.1016/j.mineng.2014.10.021.
• [3] Cai et al. 2016 – Cai, G.P., Xiao, X.H., Xu, Q. and Shen, J. 2016. Establishing Low-frequency Vibration Extrusion Crushing Energy Consumption Prediction Expression Based on Fractal Theory. Nonferrous Metals (Mineral ,Processing Section), pp. 58-62 (in Chinese).
• [4] Evertsson, C.M. and Bearman, R.A. 1997. Investigation of interparticle breakage as applied to cone crushing. Minerals Engineering 10(2), pp. 199-214, DOI: 10.1016/S0892-6875(96)00146-X.
• [5] Huang, D.M. 2007. Research on Working Mechanism and Working Performance Optimization of Compressive Crusher. Shanghai Jiao Tong University (in Chinese).
• [6] Jiménez-Herrera et al. 2017 – Jiménez-Herrera, N., Barrios, G. and Tavares, L.M. 2017. Comparison of breakage models in DEM in simulating impact on particle beds. Advanced Powder Technology 29(3), pp. 692-706, DOI: 10.1016/j.apt.2017.12.006.
• [7] Liu, J. and Schönert, K. 1996. Modelling of interparticle breakage. International Journal of Mineral Processing 44-45, pp. 101-115, DOI: 10.1016/0301-7516(95)00022-4.
• [8] Liu et al. 2005 – Liu, H.Y., Kou, S.Q. and Lindqvist, P.A. 2005. Numerical studies on the inter-particle breakage of a confined particle assembly in rock crushing. Mechanics of Materials 37(9), pp. 935-954, DOI: 10.1016/j.mechmat.2004.10.002.
• [9] Liu et al. 2013 – Liu, S., Xu, J.Y., Bai, E.L. and Gao, Z.G. 2013. Research on impact fracture of rock based on fractal theory. Journal of Vibration and Shock 32(05), pp. 163-166 (in Chinese).
• [10] Li et al. 2019 – Li, C.J., Xu, Y., Zhang, Y.T. and Li, H.L. 2019. Study on energy evolution and fractal characteristics of cracked coal-rock-like combined body under impact loading. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering 38(11), pp. 2231-2241 (in Chinese).
• [11] Liu, R.Y. 2020. Study on mechanism and performance evaluation of cone crusher. University of Science and Technology Beijing (in Chinese).
• [12] Nguyen et al. 2002 – Nguyen, A.Q., Husemann, K. and Oettel, W. 2002. Comminution behaviour of an unconfined particle bed. Minerals Engineering 15(1-2), pp. 65-74, DOI: 10.1016/S0892-6875(01)00201-1.
• [13] Ning et al. 2018 – Ning, S., Yang, Y.L., Lv, J.K. and Duan, H.Q. 2018. The Fractal Characteristics of Coal Sample’s Fragments Subjected to Cyclic Loading. Geotechnical and Geological Engineering 37(15), pp. 2267-2281, DOI: 10.1007/s10706-018-0735-0.
• [14] Tavares et al. 2021 – Tavares, L.M., Rodriguez, V.A., Sousani, M., Padros, C.B. and Ooi, J.Y. 2021 An effective sphere-based model for breakage simulation in DEM. Powder Technology 392, pp. 473-488, DOI: 10.1016/j.powtec.2021.07.031.
• [15] Wu, R.J. and Li, H.B. 2019. Multi-scale failure mechanism analysis of layered phyllite subject to impact loading. Explosion and Shock Waves 39(190), pp. 108-117, DOI: 10.11883/bzycj-2019-0187 (in Chinese).
• [16] Wang, Y.X. and Liang, W.M. 2020. Fractal Study on Influence of Impact Load on Microscopic Pore of Anthracite. Chinese Journal of High-Pressure Physics 34(157), pp. 134-144 (in Chinese).
• [17] Zhang et al. 2017 – Zhang, Z.L., Ren, T.Z., Cheng, J.Y. and Jin, X. 2017. Research on the Inter-particle Breakage of Cone Crusher Considering the Characteristics of Particle Shape Transformation. Journal of Mechanical Engineering 53(16), pp. 173-180 (in Chinese).
• [18] Zhang et al. 2017 – Zhang, Z.L., Ren, T.Z., Cheng, J.Y. and Jin, X. 2017. The improved model of inter-particle breakage considering the transformation of particle shape for cone crusher. Minerals Engineering 112, pp. 11-18.