This work presents a discrete element model (DEM) of the impeller–tumbler wear test in order to investigate high-stress impact–abrasion mechanisms on steel plates with the use of abrasive granite particles. A DEM calibration procedure of the granite particles is first performed to set particle-scale DEM parameters such as particle shape, density and frictions. The simulations of the impeller–tumbler wear test showed good qualitative results with experimental observations. Simulation results demonstrate that edges of the tested steel plate samples are first abraded, as in the experiments, and a linear increase in abrasion energies cumulated with time on the steel plates is obtained which is in accordance with the linear time evolution of sample mass loss in the experiments. Simulations shed light on the particle flow and particle–wall contact behavior which was impossible to observe experimentally. Local investigations of particle–wall contacts show an exponential decay of normal contact forces classically found for static granular materials when forces are above the mean contact force. Also, tangential contact forces distribution follows an exponential decay for forces above their mean force. This work demonstrates that the exponential decay of large contact forces is a robust feature even for a dynamic and loose granular system which is a novelty. Finally, probability density functions of normal and tangential abrasion energies are found to follow exponential decays for energy data above their mean values which is for the first time observed.

这项工作提出了叶轮-滚筒磨损试验的离散元素模型（DEM），以便研究使用花岗岩磨料颗粒对钢板的高应力冲击-磨损机理。首先执行花岗岩颗粒的DEM校准程序以设置粒度DEM参数，例如颗粒形状，密度和摩擦力。叶轮-转鼓磨损试验的模拟结果通过实验观察显示出良好的定性结果。仿真结果表明，与实验中一样，首先对被测钢板样品的边缘进行了磨耗，并获得了随着时间的推移，钢板上的磨耗能量随时间线性增长，这与样品质量损失的线性时间演变相一致。实验。模拟揭示了粒子流和粒子-壁接触行为，这在实验中是无法观察到的。对颗粒-壁接触的局部研究表明，当力大于平均接触力时，通常对静态颗粒材料发现的法向接触力呈指数衰减。同样，对于高于其平均力的力，切向接触力分布遵循指数衰减。这项工作表明，即使对于动态且疏松的颗粒系统来说，大接触力的指数衰减也是一个强大的功能，这是一种新颖的方法。最后，发现法向和切向磨耗能量的概率密度函数遵循能量数据的指数衰减，高于其均值，这是首次观察到。对颗粒-壁接触的局部研究表明，当力大于平均接触力时，经典的静态颗粒材料会发现法向接触力呈指数衰减。同样，对于高于其平均力的力，切向接触力分布遵循指数衰减。这项工作表明，即使对于动态且疏松的颗粒系统来说，大接触力的指数衰减也是一个强大的功能，这是一种新颖的方法。最后，发现法向和切向磨耗能量的概率密度函数遵循能量数据的指数衰减，高于其均值，这是首次观察到。对颗粒-壁接触的局部研究表明，当力大于平均接触力时，经典的静态颗粒材料会发现法向接触力呈指数衰减。同样，对于高于其平均力的力，切向接触力分布遵循指数衰减。这项工作表明，即使对于动态且疏松的颗粒系统来说，大接触力的指数衰减也是一个强大的功能，这是一种新颖的方法。最后，发现法向和切向磨耗能量的概率密度函数遵循能量数据的指数衰减，高于其均值，这是首次观察到。对于高于平均力的力，切向接触力分布遵循指数衰减。这项工作表明，即使对于动态且疏松的颗粒系统来说，大接触力的指数衰减也是一个强大的功能，这是一种新颖的方法。最后，发现法向和切向磨耗能量的概率密度函数遵循能量数据的指数衰减，高于其均值，这是首次观察到。对于高于平均力的力，切向接触力分布遵循指数衰减。这项工作表明，即使对于动态且疏松的颗粒系统来说，大接触力的指数衰减也是一个强大的功能，这是一种新颖的方法。最后，发现法向和切向磨蚀能量的概率密度函数遵循指数衰减，对于能量数据而言，其均值超过其平均值，这是首次观察到。