离散单元法在单颗粒物料单向压缩下的能耗研究

颗粒流体力学的新方法与新技术颗粒流体力学是研究离散物理单元运动行为的一种方法。

相比于连续介质的流体力学，颗粒流体力学主要研究的是具有离散性的物质颗粒，例如颗粒流（gas-solid flow）、颗粒悬浮流（particle-laden flow）等等。

在工程领域中，颗粒流体力学的研究可以应用于煤粉气化、粉煤灰输送、混凝土输送等许多重要工程问题中。

因为颗粒流体力学的具体问题较为复杂，因此传统的计算方法难以求解。

随着计算机技术的不断进步，人们研究和发展出了许多新的方法和技术来解决颗粒流体力学的难题。

一、离散元法离散元法（Discrete Element Method，DEM）是将物质颗粒视为互相独立的整体，通过显式地规定它们之间的相互作用关系，在其相互作用的影响下对整个颗粒体系的运动进行数值模拟的一种方法。

DEM方法是一种微观数值模拟技术，精度较高，适用于颗粒间相互作用强、运动过程复杂、运动尺度较小的颗粒流体力学问题。

二、粒子-格子法粒子-格子法（Particle-Grid Method，PGM）是一种具有计算效率高、实现简便等优点的微观数值模拟方法。

该方法是把颗粒系统的质心运动和颗粒间的碰撞过程离散地模拟出来，利用坐标网格来判定各个颗粒间的相互作用力，再利用网格运算来求出颗粒间的作用力和碰撞反应力。

该方法通常应用于颗粒流问题的宏观数值模拟。

三、人工神经网络人工神经网络（Artificial Neural Network，ANN）可以学习和理解样本数据中信息的复杂度，以及非线性的、动态的和人工难以描述的系统动态特性，并可以对于噪音数据具有较好的适应能力。

在颗粒流体力学中，人工神经网络可以做到对颗粒流动状态的自动分类与识别，并可计算出压强、速度、浓度等颗粒流场的重要参数。

四、计算机视觉计算机视觉在颗粒流体力学中的应用主要是通过图像处理技术来获取颗粒流场的信息。

常用的方法有：数字图像处理、光学测量、激光和声波散射等。

颗粒物质混合行为的离散单元法研究颗粒物质的研究一直是力学领域的一个重要课题。

随着计算技术的发展，研究者能够更准确地模拟颗粒物质的混合行为。

一种常用的模拟方法是离散单元法（DEM）。

DEM是一种基于物体离散的方法，可以模拟多种类型的粒子流动。

近年来，DEM在研究颗粒物质混合行为方面取得了巨大进展，可以用于研究粒子行为，如粒子悬浮流体流及其他现象。

DEM是一个基于数学模型的仿真工具，可以模拟粒子的行为及粒子之间的相互作用。

它的基本原理是，把模拟的系统分解成若干离散的物理单元。

每个物理单元由一组简化的力学参数组成，如质量，惯性，相对位置，以及一系列的力和加速度模型。

根据这些物理参数，我们可以用模拟工具计算出粒子之间的相互作用，从而进一步推导出混合行为。

DEM可以模拟多种形式的颗粒物质混合行为，其中包括粒子悬浮混合，慢速混合和快速混合。

粒子悬浮混合是指颗粒物质的混合过程，其中粒子的混合形式是悬浮的，即粒子之间的作用力比其他形式要小。

它是粒子混合过程中经常出现的现象，例如在沉积过程中，粒子之间会发生悬浮混合。

慢速混合指的是把粒子混合在一起，使得粒子形成一个集中的形状，而不是像悬浮混合那样，粒子分散开来。

快速混合指的是粒子混合过程中，由于碰撞力或动量而导致的粒子急剧改变方向或位置的现象，这是粒子混合在一定时间内变化最快的过程。

考虑到粒子混合的复杂性， DEM的仿真模型必须要满足一定的精度要求，以便能够准确地模拟不同类型的粒子混合行为。

具体来说，DEM的模型的细节必须要考虑到粒子的质量，惯性，以及粒子之间可能存在的碰撞，摩擦和其他影响因素。

此外，DEM模型还可以通过考虑粒子行为改变时所需要的参数，更准确地模拟粒子混合行为。

DEM技术已经被广泛应用于各种工程设计中。

例如，在机械工程领域，它可以用来设计粒子混合机器，以及检测粒子混合系统的性能。

此外，DEM技术还可以用于模拟液体和粉末混合行为，以及粉末的均匀储存。

离散单元法及其在岩土力学中的应用离散单元法（Discrete Element Method, DEM）是一种基于颗粒力学理论的数值模拟技术，广泛应用于工程、地质、材料科学等领域。

该方法通过将介质划分为离散的单元体，并对这些单元体之间的相互作用进行模拟，从而研究材料在各种外力作用下的力学行为。

离散单元法在岩土力学中的应用，能够有效地解决传统有限元方法难以处理的复杂工程问题，特别是在模拟颗粒介质的变形、破坏和流动过程方面表现出显著优势。

离散单元法的基本原理是将介质视为由大量相互作用的离散颗粒组成的系统。

这些颗粒不仅可以自由移动，还可以通过接触力相互作用。

方法通过对每一个颗粒进行力学分析，并考虑颗粒间的接触力、摩擦力、黏附力等，建立数学模型来描述颗粒系统的整体行为。

相较于传统的连续介质力学模型，离散单元法能够更真实地模拟颗粒材料的力学特性，适用于复杂的颗粒介质问题。

在岩土力学中，离散单元法被用于解决各种涉及颗粒介质的工程问题。

岩土工程中的很多问题，如土体稳定性分析、矿山开采、地下工程设计等，都涉及到岩土体在外力作用下的变形和破坏。

离散单元法通过模拟岩土体的颗粒间相互作用，能够为这些问题提供精确的数值解答。

在土体稳定性分析中，离散单元法能够有效地模拟土体在不同荷载条件下的变形和破坏过程。

传统的有限元方法在处理土体大变形问题时可能存在计算效率低和结果不稳定的问题。

而离散单元法通过颗粒间的接触模型，能够模拟土体在荷载作用下的复杂变形过程，分析土体在不同工况下的稳定性，并为工程设计提供依据。

在矿山开采中，离散单元法被广泛应用于模拟矿体的开采过程、评估开采对周围岩体的影响。

通过构建矿体的离散颗粒模型，能够模拟矿体的破裂、变形以及开采过程中可能出现的地表沉降等现象。

这种模拟能够帮助工程师优化开采方案，减少对环境的影响，保证矿山开采的安全与可持续发展。

离散单元法在地下工程设计中的应用也非常重要。

在隧道开挖、地下储层开发等工程中，岩土体的力学行为对工程的安全性和经济性具有重要影响。

基于响应曲面法与离散元法的破碎过程能耗仿真分析黄鹏鹏;李成;胡明亮【摘要】以降低破碎机的破碎能耗为目标,建立以PE250*400颚式破碎机为原型的的几何模型及颗粒物料模型,以梯形齿上底边长、动颚板与定颚板的啮角、动颚板的水平行程和动颚板的运动速度等4个因素作为优化变量,根据响应曲面法(RSM)设计原理对其进行分组试验,结合EDEM软件对物料破碎过程中能量的消耗以及断裂键数进行数值模拟.研究结果表明:破碎机破碎过程中单位能耗的破碎效果受梯形齿上底边长、啮角、动颚板的水平行程影响显著,而运动速度则次之,影响程度从大到小排列为动颚板的水平行程、上底边长、啮角、运动速度.另外,破碎过程中最优参数为梯形齿上底边长5mm、动颚板与定颚板的啮角17°、动颚板的水平行程40mm和动颚板的运动速度1m/s.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】5页(P78-82)【关键词】响应曲面法;EDEM;破碎能耗;仿真【作者】黄鹏鹏;李成;胡明亮【作者单位】江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000;江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000;江西理工大学机电工程学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TH16随着经济的快速发展，物料的需求越来越大，破碎机的应用也越来越广泛，全国每年都需要破磨大量的矿石和岩石，消耗大量的电能。

以矿山生产为例，破碎作为选矿的第一道工序，其耗电量就占到了选矿厂总耗电量的50%以上［1］，并且大量的电能由于破碎过程中的摩擦等转化为热能被耗散。

因此，为了提高能量利用率以降低能耗，对破碎过程中的能耗进行研究具有必要性。

为了最大程度地提高破碎机的能量利用率，文献［2］运用离散元法研究了能量的消耗与转速、行程的影响关系，研究表明随着转速的降低和行程的增加，消耗的能量呈先增后减的趋势；文献［3］运用离散元法模拟立方体物料与球体物料在两颚板之间的挤压破碎过程，研究模拟的应变能与由Bong破碎系数估计的应变能之间的关系，并进一步研究证实了大量的球形岩石情形下，颚板吸收的能量与颗粒特定的粉碎能量相近，但是颚板吸收的能量与立方岩的断裂能量之间呈现着多样性的特点［4］；文献［5］运用离散元法模拟了不同粒径颗粒在颚式破碎机中的破碎过程，并得出了颗粒能量吸收与碰撞频率的关系曲线，指出当每秒碰撞800次时，在能量为1mJ的能量级水平上将出现一个大致的正态分布；某大学的母福生运用EDEM对单颗粒物料单向压缩下的能耗进行了研究，得到了压板的冲击速度、齿板厚度以及两齿间水平距离对能耗及破碎概率的影响次序［6］；破碎过程中衬板直接挤压物料，其齿形对破碎效果及破碎过程中能量消耗起着非常重要的作用，目前大多数研究者主要研究了齿形对破碎效果以及破碎力的影响，如文献［7］运用有限元软件分析齿板的受力情况，得出齿顶距越小，物料越容易破碎，但会减弱破碎齿的强度；文献［8］基于离散元法和正交试验设计进行数值仿真，获得齿形参数多因素对破碎力的综合影响规律，获得最优齿形参数组合。

计算流体力学-离散单元法计算流体力学-离散单元法（Computational Fluid Dynamics - Discrete Element Method）是一种用于解决离散流体力学问题的数值方法。

它是以构造有限元模型为基础的，将流体物理过程划分为若干节点或小单元，以及小单元之间的相互作用，从而计算出流体的局部分布和运动情况。

因为离散元法采用有限元技术，模型计算出来的数据不受场地尺寸、复杂曲面及网格影响，可以计算复杂场景。

离散元法以描述每个小单元的力作为基础，而不是以一维、二维和三维网格结构为基础;每一个单元都只能表示某个区域或某个物体表面上的一小部分。

因此，离散元可以有效地描述曲面结构，并在表面上提供更精细的计算。

离散元法还使用了一种新的“动态颗粒”的概念，用以描述流体的运动情况。

这意味着，即使在实时环境中，也可以以更高的精度模拟流体性能，而不会遭受时间延迟和数据损失的影响。

此外，离散元法能够很好地模拟流体运动的连续性，因为它能够精确地描述每个细胞的力学行为，包括粘度、密度和压力的变化等，从而构建出一个连续的流体物理模型。

离散元法也有其局限性，如：1. 由于它是基于有限单元的，这意味着一些复杂的流场的表示可能不够精确；2. 对于较大的场地尺寸，模型中的单元会非常多，因此计算量会很大，需要占用较多的计算资源;3. 由于它模拟连续物理模型，它计算出来的结果可能过度准确，可能会影响到模型的表现，因此需要进行参数调整来获得合适的结果。

总而言之，计算流体力学-离散单元法是一种十分常用的数值分析方法，它由于采用有限元技术，模型计算出来的数据不受场地尺寸、复杂曲面及网格影响，可以计算复杂场景，故用于流体力学分析中非常有用。

颗粒流动力学中的离散元法与多尺度模拟颗粒流动力学是研究颗粒物质在流体中的运动行为的一门学科。

离散元法（DEM）和多尺度模拟是在颗粒流动力学中常用的两种数值模拟方法。

本文将对这两种方法进行介绍和比较。

离散元法是一种基于颗粒间相互作用力的模拟方法。

它将颗粒视为离散的个体，并考虑颗粒之间的相互作用力。

通过计算颗粒间的碰撞和相互作用力，可以模拟颗粒在流体中的运动行为。

离散元法适用于颗粒数量较少、颗粒尺寸较大的情况。

它可以模拟颗粒的运动轨迹、速度、位移等参数，并可以考虑颗粒间的碰撞、摩擦、粘聚等复杂相互作用。

离散元法在颗粒流动力学研究中得到了广泛应用，例如在颗粒物料输送、颗粒填充和颗粒堆积等领域。

多尺度模拟是一种将颗粒流动力学问题分解为不同尺度的模拟方法。

它将颗粒流动问题划分为宏观尺度和微观尺度两个层次，分别进行模拟。

在宏观尺度上，多尺度模拟采用连续介质力学方法，将颗粒流动问题视为流体力学问题进行模拟。

在微观尺度上，多尺度模拟采用离散元法或分子动力学方法，模拟颗粒间的相互作用力和粒子的运动行为。

通过将宏观尺度和微观尺度的模拟结果进行耦合，可以得到更准确的颗粒流动行为。

多尺度模拟适用于颗粒数量较多、颗粒尺寸较小的情况。

它可以模拟颗粒的分布、浓度、速度场等参数，并可以考虑颗粒间的相互作用、流体力学效应等因素。

多尺度模拟在颗粒流动力学研究中具有重要的应用价值，例如在颗粒混合、颗粒分散和颗粒输送等领域。

离散元法和多尺度模拟在颗粒流动力学中各有优势和适用范围。

离散元法适用于颗粒数量较少、颗粒尺寸较大的情况，可以考虑颗粒间的复杂相互作用。

多尺度模拟适用于颗粒数量较多、颗粒尺寸较小的情况，可以考虑颗粒间的流体力学效应。

在实际应用中，选择合适的数值模拟方法需要考虑问题的尺度、颗粒特性和求解精度等因素。

如果问题涉及到颗粒间的碰撞、摩擦等复杂相互作用，离散元法是一个较好的选择。

如果问题涉及到颗粒间的流体力学效应、颗粒分散等因素，多尺度模拟是一个较好的选择。

考虑颗粒破碎的粗粒土一维压缩试验离散元模拟
吴远亮;徐宇冉;姬静;石汉生
【期刊名称】《广东土木与建筑》
【年(卷),期】2022(29)3
【摘要】离散单元法被广泛地应用于颗粒破碎的问题研究中。

利用离散元软件PFC-2D对粗粒土一维压缩试验进行数值模拟,可视化压缩过程中颗粒破碎情况和
破碎规律。

模拟得到了粗粒土一维压缩的log e-logσ曲线,探究初始粒径尺寸、颗粒间摩擦系数、颗粒破碎情况、颗粒破碎准则对于压缩特性的影响。

随着初始粒径的增大,压缩系数增大,而屈服应力明显减小;随着颗粒间摩擦系数的增大,压缩系数增大,屈服应力减小;颗粒破碎情况对压缩曲线特性基本无影响;随着破碎准则中分维D 的增大,压缩系数增大,屈服应力略有减小。

考虑颗粒破碎的粗粒土一维压缩试验离
散元模拟为研究压缩曲线的压缩特性提供了新方法,是对室内一维压缩试验的补充。

【总页数】4页(P4-7)
【作者】吴远亮;徐宇冉;姬静;石汉生
【作者单位】广东省建筑设计研究院有限公司;上海交通大学土木系
【正文语种】中文
【中图分类】TU470.3
【相关文献】
1.基于离散元理论的粗粒土三轴试验细观模拟
2.高应力下粗粒土颗粒破碎单向压缩试验研究
3.考虑颗粒破碎的粗粒土直剪试验离散元模拟
4.粗粒土大型直剪试验宏细观研究与离散元模拟
5.粗粒土大型直剪试验的二维离散元模拟
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微重力下颗粒阻尼特性仿真研究作者：姚冰陈前来源：《振动工程学报》2013年第02期摘要：利用离散元法通过三维仿真研究阻尼颗粒在失重环境中的运动特点以及不同因素对其阻尼性能的影响，并提出了一种提高阻尼器在失重条件下耗能能力的方法。

仿真结果表明：当阻尼器填充率较低或振动水平较小时，重力加速度对于阻尼器的耗能效果具有显著影响；当阻尼器处于零重力环境时，只有在大填充率或较高振动水平的情况下，阻尼器才能充分发挥阻尼效果，否则颗粒会形成一个松散的颗粒团悬浮于容器中央，这一特性为微重力环境下所特有。

针对以上特点，为了提高颗粒阻尼器在低填充率和小振幅下的耗能能力，在阻尼器内部引入了一种颗粒扰动器。

结果表明扰动器的安装可以明显提高阻尼器的耗能能力。

关键词：颗粒阻尼；微重力；太空结构振动控制；离散单元法中图分类号： O323；TB53文献标识码： A文章编号： 10044523（2013）02023207引言颗粒阻尼技术作为一种新型的阻尼技术近年来已得到各国学者们的广泛关注。

将金属或非金属颗粒按一定填充率放入振动结构的空腔（或附加空腔）内，结构在振动过程中，诱发颗粒之间以及颗粒与空腔内壁间的非弹性碰撞和摩擦，消耗系统的能量，从而产生阻尼效应，该技术即为颗粒阻尼技术，其具有显著提高结构阻尼、适应恶劣环境以及良好的低频减振效果等特点[1～7]。

基于颗粒阻尼自身的特点，相信将其应用于航天结构中也会取得不错的减振效果，但由于处于太空这种特殊的环境中，在无重力条件下，颗粒脱离了重力的束缚，其运动情况肯定会不同于地面状态，这也将直接影响其阻尼效应，因此适用于地面环境的阻尼器的设计原则在太空环境中不一定适用。

所以为了了解颗粒阻尼在失重状态下的耗能特性，开展必要的研究是必不可少的。

但由于受到试验条件的限制，在国内还无法满足微重力环境下的试验要求，即使在国外也很少有类似的试验。

美国加州理工大学曾做过抛物线飞行的试验，来测试颗粒在失重条件下的阻尼特性。

岩质颗粒压缩破碎过程的离散元数值模拟研究徐可;黄文雄;李星月;汪留松;王建敏【期刊名称】《许昌学院学报》【年(卷),期】2018(000)006【摘要】为了研究岩质颗粒的压缩破碎,基于离散元方法,采用凝聚颗粒模型,构建了密实状态结构的可破碎颗粒单元,将岩质材料的矿物晶粒等效为细观单元,将连接方式等效为黏结模型,发展了一种凝聚颗粒快速生成技术,能有效减少建立模型的时间,并便于估算颗粒破碎后的孔隙释放.引入黏结断裂类型、坐标和数量的监测手段,研究岩质颗粒材料压缩破碎的过程,归纳了破碎过程四个阶段的特征,并得到了和试验一致的力一位移曲线,发现细观单元的法向黏结断裂的突变是宏观颗粒失去承载力的重要特征.【总页数】5页(P23-27)【作者】徐可;黄文雄;李星月;汪留松;王建敏【作者单位】许昌学院土木工程学院,河南许昌461000;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;河海大学力学与材料学院,江苏南京,210098;许昌学院土木工程学院,河南许昌461000;许昌学院土木工程学院,河南许昌461000【正文语种】中文【中图分类】TU452【相关文献】1.哈拉沟煤矿垮落带破碎岩体溃砂的离散元数值模拟研究 [J], 梁艳坤;隋旺华;朱涛;张新佳2.基于离散元方法的花岗岩单轴压缩破裂过程的声发射特性 [J], 刘洪磊;王培涛;杨天鸿;徐涛;于庆磊;夏冬3.基于颗粒离散元法岩石压缩过程破裂机制宏细观研究 [J], 袁康;蒋宇静;李亿民;王刚4.颗粒破碎过程的离散元精细化建模 [J], 洪俊;李建兴;沈月;王潇5.岩质颗粒破碎数值模拟研究进展 [J], 徐可; 黄文雄; 王建敏; 张涛; 陈丁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

可破碎颗粒体在动力载荷下的耗能特性祁原;黄俊杰;陈明祥【摘要】采用离散元的数值方法,通过连接键将若干小颗粒绑定为一个具有不规则外形的大颗粒体,设置不同连接键强度模拟了颗粒体在外加动力载荷下破碎过程,并探讨其中系统能量耗散特性.计算结果表明,颗粒体的破碎程度决定了系统能量耗散率,即内部耗能占外界输入能量的比例.破碎率越高,颗粒间相互摩擦和碰撞越剧烈,系统能量耗散率越高.同时,在循环载荷下系统内颗粒体破碎绝大部分发生在加载初期,随着颗粒体的分解破碎速率逐渐减小,系统耗能能力也随之降低.【期刊名称】《力学学报》【年(卷),期】2015(047)002【总页数】8页(P252-259)【关键词】离散元;颗粒破碎;破碎率;能量耗散【作者】祁原;黄俊杰;陈明祥【作者单位】武汉大学工程力学系,武汉430072;武汉大学工程力学系,武汉430072;武汉大学工程力学系,武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TU43颗粒材料作为典型的离散介质广泛地存在于实际的工程中,如土石坝堆料[1]、路基填料[2]、颗粒阻尼器[3].它在静力加载下的应力应变关系[4-5]、组构张量的演化[6-7]、循环加载[8-9]下的力学特性等数值和模型试验已经存在很多相关的研究,而对于颗粒材料的动力学特性[10-11],尤其是系统内部能量的关系却很少涉及.近年来,堆石坝由于其取料方便、施工简单、抗震性能强等特性,在我国的经济建设中尤其是地震较为频繁的地区得到越来越多的应用,因此对于离散介质的动力学响应以及其耗能机制的研究有着极其重要的意义.传统的有限元方法在讨论岩土材料的动力学特性时,一般采用设置阻尼系数来研究结构内部的能量耗散.这种方法虽然简便,然而对其物理机制的描述却很模糊.事实上,离散介质内部能量耗散的形式主要体现在颗粒表面相互滚动和滑动导致的摩擦耗能,以及颗粒间非弹性碰撞引起的阻尼耗能.文献[12]以二维圆形颗粒为模型研究了无黏性土在动力载荷下系统能量的耗散,指出在各种外界激励下摩擦耗能占据内部能耗的绝大部分;文献[3]通过研究两种阻尼器模型,从数值模拟的角度研究阻尼和摩擦耗能的关系,然而其模型的基本单元局限在等直径圆形颗粒;文献[13]通过研究非阻碍性颗粒阻尼(non-obstructive particle damping)时发现颗粒摩擦耗能与碰撞阻尼耗能处于同一等级,并且随着颗粒半径的减小摩擦耗能在系统能耗中增加,但是在讨论颗粒粒径的对于耗能的影响时,所研究的颗粒的数目并不是固定的;黄俊宇等[14]通过改变外界加载应变率的变化讨论了脆性颗粒材料的应变率效应,却没有明确指出阻尼和摩擦的影响.事实上,在实际的工程中颗粒材料往往不是规则的圆形,并且在外界激励下尤其是粗粒料往往会发生破碎,引起系统内颗粒级配的改变,从而显著的影响结构强度、内部结构等特性[15-19],这些变化对系统能量的吸收和耗散的影响是一个值得关心的课题.本文采用离散元的方法,通过设置连接键将若干基本颗粒绑定为一个具有不规则外形的整体,以此为模型模拟了二维颗粒体随外界循环动力载荷的破碎过程,并从微观的角度探讨颗粒体破碎对于系统耗能的影响.具体的,第1节对颗粒体连接键的设置、破碎率的定义以及能量的组成部分作简要介绍;第2节给出数值试验的模型和参数,以及外加动力载荷的模式;第3节在给定的细观参数以及加载方式下进行一系列数值试验,并对结果加以解释;第4节总结本文得出的结论.离散元方法(discreteelementmethod)首先由文献[20]提出,假设最基本单元是一个个能够产生局部变形的刚性小球,通过局部接触模型和牛顿第二定律来研究物体的运动和变形.与传统的有限元相比,它更贴近实际物理模型并且能从微观的角度提供更多的信息来解释宏观的力学行为.关于颗粒流离散元的基本原理在文献[21-22]中已经做出了详细的介绍,不再赘述.这里给出的基本概念包括:颗粒体连接键、能量以及破碎率.1.1 颗粒体连接键传统的离散元方法对颗粒做出了刚性假设,允许颗粒间接触发生重叠但颗粒本身无法变形以及破碎.为了实现颗粒的破碎过程,一般设置具有一定强度的连接键将若干基本颗粒绑定为一个整体.本文的重点在于描述颗粒破碎对于能量耗散的影响,简单起见,采用与文献[15,23-24]类似的方法,粗略地将样本中原始粒径超过细沙范围的颗粒等质量地替换为7个颗粒绑定的颗粒体,如图1所示.颗粒间连接键设置有两种,接触键和平行键[22].其中接触键不允许绑定的颗粒间发生滚动,其接触集中在一个点,如果超过接触力临界值接触键断裂,但是这种接触模型无法记录接触键的弹性变形以及能量的变化;平行键相当于颗粒间的黏结物质（比如混凝土中粗骨料间的水泥砂浆）,允许其在一定界限内发生弹性变形并储存弹性能,超出强度极限即发生脆断,连接键失效,但是这种连接键允许颗粒间接触“脱落”,并且颗粒间可以发生相对滑动.本文采用两种键混合的形式来实现颗粒破碎前颗粒体内部不发生相对滑动,同时记录断裂前能量的变化和颗粒破碎消耗的能量.这种混合键的形式在很多研究中均得到了采用,但是,大多的数值模拟关于两种键参数的设定并不严谨:其中一个键的失效并不能同时保证另外一个键的失效.事实上,在颗粒破碎后,脱离原集合体的颗粒变为“自由颗粒”,从而不再与“本体”有键的连接.为了保证使数值模拟的过程更加贴近实际情况,本文中涉及的计算均设定当接触键失效的同时设定平行键强度参数为零,即平行键失效.1.2 破碎率破碎率是衡量颗粒破碎程度的重要指标,刘汉龙等[19]总结了多种根据粒径级配曲线变化的定义,指出这类方法只能反映某个粒径下颗粒数目的变化,不能从整体上反映系统颗粒破碎的情况.在实际的数值模拟中,颗粒体是由事先定义好的小粒径颗粒连接组成,所以初始设定组成等效颗粒体中小颗粒的直径对于破碎后的颗粒粒径的分布有很大的影响,从而影响到破碎程度判断.本文采用刘君等[15]的定义,即通过断裂的连接键与初始设定的总连接键的比值来定义破碎率其中,N br,N ini分别是断裂的连接键数目和初始连接键的数目.1.3 能量本文涉及的能量组成部分[12,25]包括:重力做功E b其中,Np,mp,g,d u p分别为颗粒数,颗粒的质量,重力加速度和颗粒质心的位移增量. 边界施加的外力功Ew其中,Nw是边界的数目,f w和t w分别为外力和外力矩,d u w,dθw为相应的位移增量和角度增量.颗粒平移和旋转的动能Ek其中,Ip和ωp分别为转动惯量和相应的角速度.数值模拟中颗粒假设为不可变形的刚体,其等效应力通常由颗粒表面各接触点的接触力获得[4-6],颗粒的应变也集中在接触点并由接触弹簧的变形来体现.于是,颗粒接触应变能E s等效为接触部分的法向与切向弹簧变形能之和,其表达式为其中,N c为接触数,f n和f t分别为接触力的法向和切向分量,k n和k t为相应的接触刚度.颗粒摩擦耗能E f是指由于颗粒间的相互滚动和滑动使得接触表面产生摩擦力而耗散的能量,其表达式为其中d u slip是扣除弹性变形后的位移增量.颗粒碰撞阻尼耗能E d是指颗粒间的非弹性碰撞耗散的能量,其表达式为其中,c n和c t分别为法向和切向的阻尼系数.连接键弹性能E pb其中,N pb表示连接键数目,f pbn,f pbt和t pb分别表示连接键所受法向力、切向力以及扭矩,k pbn和k pbt分别为连接键法向刚度和切向刚度,A pb和I pb分别表示连接键的横截面积以及转动惯量.连接键失效瞬间,记录该时刻E pb作为外界激励使该连接键失效所需要的能量,于是颗粒体破碎所消耗的能量E br可以表示为其中,c br为失效的连接键的数量.上述能量分量中,施加在边界墙上的载荷为外界激励,重力势能、颗粒动能、摩擦耗能、阻尼耗能、颗粒间以及连接键间的应变能为内部的能量.由能量守恒,可得本文研究的对象为粒径在2.0～15.0mm范围的二维无黏性颗粒.样本生成的过程是:首先将底部和左右两侧的边界固定,接着在较大区域内均匀生成上述粒径范围内的颗粒,并且将粒径大于6mm的颗粒用同等质量的颗粒体代替,如下图2所示,其中绿色颗粒表示的为小于6mm的颗粒,蓝色表示的为等效的颗粒体.颗粒体中颗粒间连接键用球心间红色连线表示,若连接键失效红线也随之消除.接着施加重力使颗粒沉降同时检测底部边界受力,当其受力稳定后即认为系统平衡,删除高出范围的颗粒,使样本的尺寸为360mm×360mm;继续循环直至底部边界受力再次稳定,样本生成完毕.由1.1节的假设可知在设置颗粒体破碎准则时,只用定义接触键的极限值.接触键的强度是影响颗粒体破碎的重要参数,其值的大小直接影响到颗粒体破碎的程度.黄俊宇等[26]在研究颗粒体时设定平行键强度法向强度为30MPa,对应于本文不同粒径的颗粒体连接键极限值范围约为485～3000 N.本文的研究重点在于颗粒体破碎对于系统耗能的影响,故不区分接触键拉伸破坏或剪切破坏.考虑到连接键极限值过低,系统在加载至初始固结应力下会过早的发生颗粒体破碎,故设置5组不同强度的接触键其值分别为1 kN,1.5 kN,2.0 kN, 3.0 kN,5.0 kN以模拟在相同加载条件下系统颗粒体不同程度的破碎.其余微观参数参照文献 [12,25]对石英沙土的取值,即颗粒间法向和切向刚度均取10MN/m,颗粒间摩擦系数为0.5,法向阻尼系数比例为0.1,颗粒密度取2650 kg/m3.为了模拟样本在循环动力载荷下的运动过程,采用土工试验中动三轴双向激振的方法.在初始应力为σx=70 kPa,σy=100 kPa的状态下,固定底部边界和左边边界,同时对顶部边界和右边边界分别施加速度激励,速度激励形式为其中,αp=2πf,f为加载频率取4Hz.vp为速度激励幅值取0.674m/s,这样样本在竖直方向达到最大压缩时,其工程应变正好为15%.本节主要对颗粒体在外加动力载荷下的破碎过程进行数值模拟,同时探讨该过程中系统微观结构的变化以及能量耗散的机理.3.1 颗粒体破碎及系统耗能在外界激励下,颗粒不断与周围颗粒或者边界碰撞,通过相互间的摩擦和挤压,颗粒体中连接键受力达到极限值时失效,颗粒体逐渐破碎并分解为粒径较小的颗粒,如图3所示.图4(a)显示的是颗粒体破碎率随时间的变化,可以看出加载阶段在A点0.035 s前破碎率增加较慢,随后颗粒体加速破碎,B点0.125 s即1/2周期开始卸载,破碎率增加减缓,到C点约0.22 s颗粒体破碎率不再增加,D点0.25 s完成一个加载循环后外界停止速度激励.在这个过程中,系统内应力的竖向方向分量随时间的变化如图4(b)所示.虽然在加载初期已有少部分连接键失效,但是颗粒体其他连接键的约束以及颗粒表面摩擦阻力使得颗粒之间没有较大的相对运动,系统内部结构没有较大的变化,整体表现为弹性变形,于是应力稳定变化.E点0.043 s后破碎率继续增加,颗粒的内部连接减弱,颗粒之间的相互运动使原有的结构发生变化,使得系统的承载力有所下降,应力出现跌落.随后系统又形成新的构型,系统接触数目增加,颗粒排列更加紧密使应力回升,如此反复使得应力在加载阶段出现较大波动.B点后底部边界向下运动,卸载过程中颗粒几乎不再破碎,系统内部结构相对稳定,于是应力曲线变化较为光滑.同时,由于内部颗粒的排列发生变化,经过一个周期的运动回到初始状态时,系统内平均应力竖直方向分量由初始100 kPa减小到约30 kPa.在能量方面,图5(a)表明外部输入的能量与内部吸收耗散的能量大致相等,保证整个计算过程能量守恒.图5(b)显示了各能量组成部分随时间变化的过程,其中颗粒间摩擦耗能在加载阶段约为卸载阶段的2倍,阻尼耗能只是在加载阶段增加随后保持不变,应变能由于初始应力场在加载前不为零,在经历一段与应力同样的波动达到峰值随后减小.由前面的讨论可知,加载阶段颗粒体发生破碎,颗粒间的相对运动加剧,并且颗粒接触表面积增加,促进了系统内摩擦和阻尼耗能;0.125 s系统达到最大形变后卸载,与加载阶段相比,系统内力降低,颗粒几乎不再发生破碎,系统内部结构稳定减少了颗粒间的相对运动,整体表现为弹性变形,摩擦和阻尼耗能增量也随之降低.同时可以发现,经过一个循环的加载,由于系统内部颗粒体的破碎使得颗粒间的排列更加紧凑,相同宏观应变的情况下系统内部的应力减小,系统的应变能相对于加载之前有所降低.3.2 破碎对系统耗能的影响为进一步探讨颗粒体的破碎程度对系统耗能的影响,在保证其他参数相同的情况下将连接键强度分别设置为1.5 kN,2.0 kN,3.0 kN,5.0 kN.图6表明不同连接键强度下,系统能量各分量随时间变化的情况大致相同.随着连接键强度的增加,边界输入的能量和应变能也随之增加,并且应变能在加载阶段逐渐变得光滑.这是由于,连接键强度越高,颗粒体越难以破碎,系统内部结构越稳定,内部扰动引起的卸载现象就越难以发生,宏观上应变能波动就越小.同时,由于破碎率的降低,颗粒间的相对运动受到限制,颗粒间的阻尼耗能逐渐减少,应变能峰值也随着连接键强度的增加而逐渐超过摩擦耗能.这说明颗粒破碎率的变化改变了系统储能以及耗能的比例.为了量化这一现象,引入能量耗散率的概念,即系统耗散的能量与外界输入能量的比值.图7显示的是外界累计输入能量达到最大值时能量耗散率随连接键强度的变化情况,可以看出,连接键强度为5.0 kN时,系统内部颗粒没有发生破碎,外界输入的能量只有大约26%被颗粒间相互摩擦消耗,其余约74%的能量储存为应变能;连接键强度减小至1.0 kN时破碎率提高到32%时,摩擦和阻尼消耗的能量占据外部输入能量的比值提高至62%.也就是说,颗粒体破碎程度越严重系统消耗的能量的越多,储存为系统的应变能就相对减少.而对于具体的结构来说,系统储存的应变能越高其稳定性越低.颗粒体破碎提高了系统的能量耗散能力,进而提高了其稳定性,使得结构更加安全.3.3 循环载荷下破碎率和系统耗能的变化为讨论循环加载对于破碎率的变化及其对系统能耗的影响,在相同的条件下将载荷激励时间延长至8 s.图8显示的是连接键强度为1.0 kN时颗粒体破碎率随时间变化的过程,可以看出,破碎率是随时间单调增加的,并且在加载初期不规则的颗粒外形使得应力集中现象较为严重,颗粒体破碎速率较快;随后由于大的颗粒体逐渐分解为小的颗粒,系统颗粒级配分布更加合理,接触点的应力集中现象得到了缓解,颗粒间接触力分布更加均匀,使得连接键足以抵抗外界的激励,破碎率逐渐减缓.该结果与文献[27]在动力三轴试验仪下观察的颗粒在循环加载初期阶段发生大多数破碎的现象相吻合.图9显示的是在各加载周期外界输入能量最大时,系统能量耗散率的变化.如图可知,能量耗散率在第1个周期达到约62%,随后下降,到第7个周期后停留在33%左右.不难看出,系统能量耗散率的变化与颗粒体破碎情况相同步.第1个加载循环中,颗粒体破碎较为剧烈,颗粒间的内部连接变弱,结构的变形主要由系统内颗粒间的相互运动、空隙填塞主导,这个阶段颗粒间的摩擦和阻尼耗能相对较多;颗粒体破碎减缓后,由颗粒破碎导致系统内部结构扰动作用减小,结构的变形形式转换为整体颗粒的弹性变形,外界输入的能量主要储存为内部应变能,于是能量耗散率也随之降低.本文采用离散元的方法,模拟出颗粒体在外界动力激励下的破碎过程,并以此探讨颗粒体破碎对于系统能量耗散的影响.结果表明,在动力载荷下外部输入的能量主要转化为应变能以及被颗粒间的摩擦和碰撞阻尼所消耗,并且在相同载荷条件下系统内颗粒破碎率越高,能量耗散率越高;在循环载荷下,颗粒在加载初期破碎较为剧烈,系统能量耗散率较高,随后颗粒破碎速率降低,能量耗散率也随之降低,进一步说明了颗粒破碎程度与系统耗能能力成正相关关系.本文仅对一组微观参数和加载模式下进行数值分析,而颗粒材料的微观参数(如刚度、阻尼系数、密度、摩擦系数),以及加载模式(加载周期、频率、振幅等)对于颗粒材料耗能特性的影响将会在接下来的研究中做进一步探讨.1)Thisprojectwassupported by TheHubeiProvincialKey Laboratory of Safety for Structuraland GeotechnicalEngineering(HBKLCIV201207),the Young Faculty ResearchGrantatWuhan University(2042014KF0007),and TheNationalKey Basic Research DevelopmentProgram(973Program) sub-project(2014CB046902).2)Chen M ingxiang,professor,research interests:solidmechanics.E-mail:**************.cn【相关文献】1 Deluzarche R,Cambou B.Discrete numericalmodelling of rockfil dams.International Journalfor Numericaland AnalyticalMethods in Geomechanics,2006,30(11):1075-10962石云,郑月秀.大粒径填石路堤碾压试验研究.公路交通技术, 2011,6:13-15(Shi Yun,Zheng Yuexiu.Experimental research on rolling compaction of large particle size rock fillin roadbed.Technology ofHighway and Transport,2011,6:13-15(in Chinese))3 Bai XM,Keer L,Wang QJ,et al.Investigation of particle dampingmechanism viaparticledynam icssimulations.GranularMatter, 2009,11(6):417-4294 BagiK.Stressand strain in granular assemblies.Mechanics ofMaterials,1996,22(3):165-1775 Li X,Yu HS,Li XS.Macro–micro relations in granularmechanics.International Journal of Solids and Structures,2009,46(25–26):4331-43416 Li X,Li XS.M icro-macro quantificatio of the internal structure of granularmaterials.Journal of Engineering 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groundmotions.In:Proc.of International Conference on Science and Technology of HeterogeneousMaterialsand Structures,Wuhan.2013.13 Chen T,Mao K,Huang X,etal.,Dissipationmechanismsofnonobstructive particle damping using discrete elementmethod.Smart Structuresand Materials:DampingandIsolation,2001.4331:294-301.14黄俊宇,徐松林,胡时胜.脆性颗粒材料的应变率效应机理研究.固体力学学报,2013,34(3):247-250(Huang Junyu,Xu Songlin, Hu Shisheng.Inverstifation on the intrinsic mechanisms of strain rate e f ects of brittle granularmaterials.Chinese Journal of SolidMechanics,2013,34(3):247-250(in Chinese))15刘君,刘福海,孔宪京.考虑破碎的堆石料颗粒流数值模拟.岩土力学,2008,29(增1):107-112(Liu Jun,Liu Fuhai,Kong Xianjing.Particle fl w code numerical simulation of particle breakage of rockfill Rock and SoilMechanics,2008,29(sup.1):107-112(in Chinese))16马刚,周伟,常晓林,等.考虑颗粒破碎的堆石体三维随机多面体细观数值模拟.岩石力学与工程学报,2011,30(8):1671-1682 (Ma Gang,Zhou Wei,Chang Xiaolin,et al.Mesoscopic numeiacal simulation of rockfil considering particle breakage by using three-dimensional stochaticpolyhedrons.Chinese Journal ofRock Mechancsand Engineering,2011,30(8):1671-1682(in Chinese))17 Huang J,Xu S,Hu S.E f ectsof grain size and gradation on the dynam ic responses of quartz sands.International Journal of Impact Engineering,2013,59:1-1018 Huang JY,Xu SL,Hu SS.Influenc of particle breakage on the dynam ic compression responsesofbrittlegranularmaterials.MechanicsofMaterials,2014,68:15-2819刘汉龙,孙逸飞,杨贵,等.粗粒料颗粒破碎特性研究述评.河海大学学报（自然科学版）,2012,40(4):361-369(Liu Hanlong, Sun Yifei,Yang Gui,etal.A review of particle breakage characteristicsof coarseaggregates.JournalofHohaiUniversity(NaturalSciences),2012,40(4):361-369(in Chinese))20 Cundall PA,Strack ODL,A discrete numericalmodel for granular assemblies.G Technique,1979,29:47-65.21 Cho N,Martin CD,Sego DC.A clumped particlemodel for rock.International JournalofRock Mechanicsand Mining Sciences,2007, 44(7):997-101022 Potyondy DO,Cundall PA.A bonded-particlemodel for rock.International JournalofRock Mechanicsand Mining 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离散单元法的基本原理你知道离散单元法吗？这可是个超有趣的东西！咱们先来说说啥是离散单元法。

简单来讲，它就像是把一个整体的东西拆分成好多小块块，然后分别研究这些小块块的行为和相互作用。

就好比一个大蛋糕，我们把它切成小块，看看每一小块怎么动，怎么和其他小块打交道。

为啥要用这种方法呢？这是因为有些东西太复杂啦，整体研究根本搞不定。

比如说一堆石头堆在一起，每块石头都有自己的脾气，它们之间的碰撞、挤压，那可乱套了。

这时候离散单元法就派上用场啦！那它到底咋工作的呢？想象一下，每个小块都像是一个有个性的小家伙。

我们要给它们设定一些规则，比如它们的质量、形状、大小、弹性啥的。

这就像是给每个小家伙穿上了特定的衣服，让它们有了自己的特点。

然后呢，当这些小家伙相互碰到的时候，就得按照我们设定的规则来反应。

比如说碰撞的时候会弹开多远，会转多少角度。

这就像是它们在玩游戏，有自己的玩法和规则。

而且哦，这些小块之间的力的作用也很重要。

有接触力，就像它们手拉手的力量；还有非接触力，比如磁力啥的，虽然没挨着，但也能互相影响。

在计算的时候，我们就一步步地让时间往前走，看看每个小块在每一个瞬间的状态。

这就好像在放一部超级慢动作的电影，每一帧都不放过。

离散单元法的好处可多啦！它能处理那些形状不规则、材料不均匀的东西，可厉害了！不管是岩石的破碎，还是颗粒的流动，它都能搞定。

而且呀，它能让我们清楚地看到整个过程中每一个小块的变化，就像有一双超级眼睛，啥细节都逃不过。

比如说在研究山体滑坡的时候，用离散单元法就能清楚地看到每一块石头怎么滚下来，怎么堆积在一起。

这对于预防灾害、保障大家的安全可太重要啦！还有在工业生产中，比如研究物料的运输和加工，离散单元法能帮助我们优化流程，提高效率，省好多事儿呢！总之呀，离散单元法就像是一个神奇的魔法，能把那些复杂得让人头疼的问题变得清晰可见，让我们更好地理解和解决它们。

怎么样，是不是很有趣？希望你也能喜欢上这个神奇的方法！。

基于DEM模拟液固流化床粒度级配对颗粒流动特性的影响丁冬峰;程可;陆晓峰;朱晓磊;朱凌雪【摘要】采用离散单元方法(DEM)对三维液固流化床进行数值模拟.考虑润滑力的作用,对比二元混合、窄级配和宽级配3种粒度级配方式对颗粒分布、速度、温度波动和混合程度的影响.分析结果表明:大颗粒有向床层下部运动的趋势,而小颗粒则有向床层上部聚集的趋势;与窄级配相比,二元混合和宽级配的轴向速度在不同高度上差异较明显,且颗粒温度波动也较小,颗粒更加容易出现偏析;2种颗粒粒径差距越大,越容易分离,而粒径越接近,越难分离,混合程度越好.【期刊名称】《中国粉体技术》【年(卷),期】2018(024)002【总页数】8页(P18-25)【关键词】流化床;多相流;粒度级配;离散单元法;计算流体力学【作者】丁冬峰;程可;陆晓峰;朱晓磊;朱凌雪【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京211816;金陵科技学院,江苏南京211816【正文语种】中文【中图分类】TQ018液固流化床具有混合均匀、传热和传质性能好等优点，目前已被广泛应用于化工、食品技术、湿法冶金和水处理等诸多领域[1-2]。

目前对于气固流化床已经有了较为深入和系统的研究，而对液固流化床的研究较少。

液固流化床的放大、设计和运行主要取决于对颗粒力学行为和流动特征（如颗粒分布、流动形态和颗粒混合状态）的准确预测。

但是由于流化床内颗粒流体系统具有结构非均匀性、状态多值性、结构突变和结构的多尺度特征[3]，迄今为止仍然没有一套完整的理论体系来描述流化床内颗粒流体系统的动态特性，更缺乏液固流化床的放大与设计的通用方法，因此国际上此领域的研究受到学者的广泛关注[4-5]。

在流化床的研究中，实验方法可以获得较为可信的结果。

基于离散单元法颗粒阻尼的耗能研究杜杰;马春庭;常青【摘要】A new algorithm is presented for analysis of granular damping energy consumptions, soft ball energy consumptions model of granular damping was established. with studying slippage and plumb pressing force between granular layers, energy consumptions between granular layers was presented, the computing formula of theoretical for friction energy in granular damping is presented. On the condition of simple harmonic, the experimental research is conducted to investigate dissipation of granular damping in a cylindrical container. The effect of the depth of granular layer on damping Capacity is made a systematic study. The results showed that with the increasing of the granular filling height, the damping effect is markedly strengthened.%提出了用于颗粒阻尼耗能研究的新算法,建立了颗粒阻尼软球耗能模型,并通过研究颗粒层之间的滑移和竖直压力来计算颗粒层之间的耗能情况,通过迭代法得到颗粒阻尼中摩擦耗能情况,并由此推导出颗粒阻尼摩擦耗能的理论计算公式.在简谐激励条件下,对圆柱形钢制容器内的颗粒体耗能情况进行测试,系统地研究了颗粒层深度对阻尼性能的影响,试验结果对理论计算给予了有效验证,同时得出随着颗粒填充高度的增加,阻尼效果明显加强.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2011(000)007【总页数】3页(P78-80)【关键词】颗粒阻尼;离散单元法;摩擦耗能【作者】杜杰;马春庭;常青【作者单位】军械工程学院,河北,石家庄,050003;军械工程学院,河北,石家庄,050003;上海建工设计院,上海,200050【正文语种】中文【中图分类】TB53颗粒阻尼具有复杂的耗能机理,是一种非线性阻尼。

离散单元法及其在流态化领域的应用周池楼;赵永志【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2014(65)7【摘要】After 30 years of development, the discrete element method (DEM) has developed to be a kind of numerical method of particle systems widely used in process engineering. In particular, the CFD-DEM coupling method has been widely used in the researches of fluidization. The DEM models are reviewed firstly, including the basic principles of DEM model, the particle shape model, the contact force model, the non-contact force model, and the fluid force model. Then the CFD-DEM coupling methods and the applications to fluidization are introduced, including the applications in fluidized bed, pneumatic conveying, and some other fields of process engineering. Finally, the future development of DEM and CFD-DEM coupling methods are presented, hoping to promote the development of DEM and its applications in process engineering.%经过三十余年的发展，离散单元法（discrete element method, DEM）已经发展成为一种广泛应用于过程工程领域中颗粒体系研究的数值方法，特别是将DEM与计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）相结合形成的CFD-DEM耦合方法，已经在流态化研究领域得到广泛应用。

基于离散单元法的颗粒物质静动力学行为研究颗粒物质是地球上存在最多且与人们的生活密不可分的物质类型之一,其表现出的复杂静动态力学行为,使其成为目前科学研究的热点和难点问题之一。

颗粒系统内粒子的离散性和粒子间作用的非线性耗散性,使得颗粒物质的许多宏观特性都与系统内部的微观力学行为有着密切联系,因此要揭示颗粒系统物质系统表现的宏观静动态性质的机理,就必须对颗粒物质系统内部粒子的组构特征、接触力网的分布特征以及颗粒的运动特征进行深入的分析。

本文基于颗粒离散单元模型,对颗粒物质系统常见的几种宏观的静动力学现象进行了数值模拟,通过分析微观尺度下颗粒间的力学行为,研究并揭示了细观参数和外部激励对颗粒系统在宏观尺度下的静动态行为的影响。

主要工作如下：首先,研究了静态颗粒堆体中常见的“压力凹陷”现象。

介绍了数值模拟中团颗粒表征不同长宽比颗粒的方法以及采用固定点源法生成颗粒堆体的过程。

采用移动平均的统计方法,得到了堆体底部垂向压力凹陷现象以及底部水平切向力的倒“S”型分布特征。

在此基础上详细分析了堆体内颗粒方向、接触方向以及接触力分布的各向异性特征。

数值结果表明：在堆体内部易形成能够屏蔽上部颗粒部分重力的拱结构,导致堆体底部产生压力凹陷现象。

长宽比较大的颗粒组成的堆体易形成倾角比较大的拱结构,并且拱结构力链上的接触力也比较大,拱结构相对坚固,更容易使堆体底部产生明显的压力凹陷现象。

其次,通过采用不同接触模型进行双轴压缩数值试验,探讨了细观参数对颗粒样本宏观结果的影响。

给出了用于数值模拟中的颗粒样本的生成方法以及应力应变边界条件的实现过程。

在此基础上研究了传统离散单元法、改进离散单元法以及团颗粒方法中常用细观参数对宏观性质的影响,并统计和分析了接触方向以及接触力大小的分布特征。

数值结果表明：在颗粒间摩擦系数较小时,偏应力-轴应变曲线呈现出理想的弹塑性关系,摩擦系数较大时表现出软化现象；样本的内摩擦角与形状参数近似于线性关系；类长条形颗粒的偏应力峰值、变形模量以及剪缩和剪胀效应相对其它形状颗粒较大；内摩擦角与摩擦系数均服从幂数关系,形状参数会使内摩擦角显著增大,类长条形颗粒的内摩擦角较圆形颗粒显著提高。