基于颗粒接触理论的岩石压密阶段本构模型

鉴于岩石压密阶段非线性变形与岩石内部颗粒之间的相互接触有关,引入基于凹凸体正态分布的G-W接触模型并建立接触体元件模型;将该模型与弹簧元件串联,建立压密阶段的本构模型。利用元件模型对实验结果进行模拟,同时对模型中参数进行分析。研究结果表明:岩石颗粒间的张开度及颗粒表面的粗糙度均对岩石压密阶段本构关系有一定影响。颗粒间的张开度越大,压密过程越长;在相同应变条件下,粗糙度越大,应力增长越缓慢。本文模型在模拟4种岩石压密阶段的本构关系过程中,拟合优度均大于0.95,说明模型能够准确描述岩石的应力-应变关系。同时,模型还能够反映围压对本构关系的影响,证明利用接触模型来描述压密阶段本构关系是合理的。     

基于细观弹性接触的多相颗粒材料本构模型

在考虑了颗粒间细观弹性接触关系的基础上，使用微力学方法得到了随机堆积的多相颗粒材料非线性性本构模型的一般形式。为了说明模型的特点，本文给出了非线性弹性模型在静水压条件下和一维应变条件下的具体形式。模型清晰地反映出不同相颗粒间的接触对整体本构的贡献。与单轴粉末压实实验的对比表明模型预测与实验结果有比较好的一致性。     

颗粒阻尼线性离散元模型参数的选取方法

为了研究不同形式颗粒阻尼的减振特性及其在旋转条件下的阻尼效果,建立颗粒阻尼的线性离散元模型,提出了一种颗粒接触线性模型的参数选取方法。根据Hertz接触非线性模型,假设颗粒相对运动在达到屈服极限时,Hertz接触模型接触力所做的功和线性模型接触力所做的功相等,对颗粒接触的力和位移的关系进行了线性化处理;利用离散元法对重力场下不同材料的非阻塞性颗粒阻尼(NOPD)、柔性约束颗粒阻尼和旋转条件下的NOPD进行建模;根据颗粒材料的屈服强度、泊松比、弹性模量等物理属性确定了仿真计算的相关接触参数。与实验确定颗粒接触参数的方法相比,所提方法适用范围更广。数值计算结果与实验结果在趋势和数值上吻合得较好,为颗粒阻尼的进一步研究奠定了基础。     

颗粒振动及耗能特性研究的弹塑性接触建模方法

提出一种颗粒弹塑性接触的通用建模方法来研究颗粒系统的振动及耗能特性.构造颗粒法向塑性接触本构方程基本形式,并采用有限元法(FEM)获得无量纲本构关系;提出颗粒弹塑性细观接触加-卸载多路径模型,给出了颗粒塑性接触能量耗散的计算公式.采用离散单元法(DEM)对简谐激励下颗粒系统的振动和耗能特性进行了数值仿真分析.结果表明,颗粒使系统产生非线性振动,颗粒介质在系统进入共振区的前后均呈现出类似混沌的复杂非线性运动状态.颗粒间的法向塑性接触没有改变颗粒阻尼效应的主要耗能方式,但对颗粒动态接触行为及颗粒系统动力学特性产生重要影响.     

加料机单、双头螺旋对颗粒群接触力的影响

为研究螺旋加料机不连续加料过程中颗粒群的运动特性及变化规律,研究了单、双头螺旋对颗粒群接触力的影响.以1. 5 mm直径小米颗粒为研究对象,基于Hertz-Mindlin颗粒无滑动接触模型,对颗粒之间接触力以及颗粒群与螺旋加料料管内壁接触力进行分析,建立了具有分料装置的螺旋加料模型;采用EDEM离散元软件,以间歇转动60°的方式对小米颗粒不连续加料过程进行数值仿真,得到了颗粒间接触力和颗粒群对螺旋加料料管内壁正向和切向压力的分布,比较了240 r·min~(-1)转速下单、双头螺旋输送中颗粒群接触力分布特点.结果表明:单头螺旋输送物料时,颗粒之间比较紧实,但颗粒在内壁接触处易翻滚;双头螺旋输送物料时,颗粒在内壁接触处不易翻滚,更易随轴作轴向运动,颗粒群的一致性更稳定.     

快速颗粒流本构关系在固液两相流中的适用条件初探

从固液两相流的颗粒相本构关系的推导出发,分别运用Chapman—Enskog．方法和Grad-13矩法考察了液相作用下颗粒相本构关系．结果表明当两相脉动速度无关或同相位时,快速颗粒流本构关系适用于固液两相流的颗粒相．并对低、高浓度固液两相流定性分析了具体的应用条件．     

基于区域生长算法的土石混合介质细观识别与数值模拟研究

针对土石混合介质这一特殊地质体的力学特性研究问题,构建了基于区域生长算法的土石混合介质数字图像识别方法,实现对土石混合介质图像中土和石块的分割,有效解决了土石混合介质现场图像中噪声像素多,土石边界不明显,受阴影等因素影响等问题.在此基础上,对其二值图像进行离散元建模,研究该模型在直剪试验下的力学特性,试验结果表明:应用数字图像方法可以保证建立的模型中的土石分布与现场情况一致;区域生长算法可以将具有相同特征的连通区域分割出来,同时提供较好的边界信息和识别效果;该模型可以反映颗粒间的接触力分布和力链传递关系,从微观角度研究颗粒间接触和接触力的变化.该方法可为土石混合介质的研究提供参考.     

细片层状微结构珠光体材料损伤本构关系

基于非经典塑性理论和连续介质损伤力学,在已有的具有细片层状微观结构珠光体团的弹塑性本构方程的基础上,采用Gurson模型考虑铁素体相的孔洞型损伤,建立了基于有限大椭球体中含椭球形孔洞的细观损伤模型,得出了混合强化材料的损伤演化率,将其嵌入铁素体相的本构描述,得到了珠光体团的损伤本构模型.进而采用Hill自洽方法,得到了珠光体材料的宏观损伤本构描述,发展了相应的数值方法与程序.对典型珠光体双相材料BS11在复杂加载史下的响应特性进行了分析,并对BS11在典型轮轨接触摩擦应力状态下的响应特性与损伤进行了分析.文中工作对于揭示珠光体材料损伤宏观响应特性的微结构机理,以及发展此类复相材料的损伤本构理论具有重要的意义,并具有重要的工程应用背景.     

粗粒料颗粒破碎特性研究述评

从颗粒破碎的度量指标、影响因素、对土体强度特性的影响和本构模型4方面对粗粒料在高应力条件下的颗粒破碎特性研究进展进行评述,并就其中存在的问题进行探讨,指出今后的研究方向:分形理论在颗粒破碎度量中的应用;初始应力状态对颗粒破碎率的影响;土体结构性对颗粒破碎的影响;土体尺寸效应对颗粒破碎的影响;考虑微观力学机理的颗粒破碎本构模型。     

颗粒材料修正的微形态连续体模型研究

基于细观力学给出了1个颗粒材料的修正的微形态连续体模型。在该模型中,考虑了颗粒的平动和转动,且对颗粒间的相对运动进行分解,认为颗粒的细观真实运动(包括平动和转动)是由细观平均运动与1个表征相对于平均运动的波动组成。对微曲率进行对称修正,推导得到了与对称应变张量共轭的对称柯西应力张量,与对称微曲率张量共轭的对称偶应力张量,以及与非对称相对应变张量(微曲率张量)共轭的非对称相对应力张量(偶应力张量)。基于运动分解与对称修正,最终得到了1个颗粒材料的1阶微形态宏观本构关系。宏观本构关系包括应力-应变关系,偶应力-微曲率关系,以及相对应力(偶应力)-相对应变(微曲率)关系。宏观本构模量通过表征细观信息的接触刚度、内部长度参数等识别。     

松原液化砂共振柱试验研究

为了探讨松原液化砂的动力特性,对9种工况下的3种液化砂进行共振柱试验,研究了 3种砂在不同密度及固结压力条件下动剪切模量、阻尼比和剪应变的变化关系,通过标准差和变异系数柱状图分析了动剪切模量比和阻尼比的离散程度.结果表明:松原地区3种液化砂的动剪切模量比与阻尼比数值变化差异不大,且经统计分析得到的阻尼比离散程度比动剪切...     

松散型砂介质复杂本构关系的构建

利用侧限压缩试验，研究了松散型砂在侧限应力状态下的力学行为，描述型砂压实状态的物理量，提出了型砂的瞬时压缩模量与压缩状态相关的假设．基于增量形式的广义虎克定律，推导了压实过程中与型砂的等效应变和初始状态量相关的瞬时压缩模量的数学表达式．构建了侧限压缩试验条件下幂函数形式的型砂本构关系，研究了型砂的重要状态量紧实率与所构建的型砂本构模型之间的关系，并用试验数据对理论推导的计算结果进行验证，结果吻合较好．     

锦屏大理岩相似材料制备及其力学性能分析

基于深埋隧洞围岩岩爆模拟实验的需要,以锦屏大理岩为工程背景,采用石英砂、重晶石砂、重晶石粉、松香和酒精研制了一种新型的以松香作为胶结剂的岩石相似材料。通过多次试配总结了相似材料的制备方法,以粗细骨料质量比例和松香用量2个参数为主要变量,制作了16组不同配比的试样,开展了单轴压缩实验,并测算了试样的重度。实验结果表明,相似材料的抗压强度和弹性模量受松香用量的影响较大,拟合得到了抗压强度-松香掺量关系式,并计算得到了模拟锦屏大理岩的材料配比。为提高相似材料的适用性,对材料比重和弹性模量的调整方法进行讨论得出,可以将重晶石砂替换为石英砂以调节材料重度,在材料中掺入少量的硅油或橡胶粉,可以调节其弹性模量。     

饱和砂土液化过程中细观组构的模型试验研究

采用室内振动台模型试验对液化过程中饱和砂土颗粒的细观组构进行研究.分析了砂土颗粒在液化破坏过程中颗粒长轴方向、平均配位数、孔隙率的演化规律及其与宏观现象之间的联系.应用表征上述量的组构参数分析了砂土的诱发各向异性,指出在循环荷载的作用下,砂土颗粒不断重新排列定向以适应新的应力状态,导致累积配位数的丧失、孔隙率增大,继而导致液化的发生.研究成果对于揭示砂土变形(液化)的细观机理以及建立砂土的细观力学模型都具有重要意义.     

重复荷载作用下非饱和黄土的动力特性研究

通过对神河高速非饱和黄土在不同围压下进行振动三轴试验,测定了非饱和黄土的动弹性模量和阻尼比,以及黄土的动本构关系。结果表明,动弹性模量随动应变值增大而减小;在相同固结比条件下,动弹性模量随固结压力值增大而增大;随着动应变增大,非饱和黄土的阻尼比随之增大;非饱和黄土的动应力-动应变关系可近似用双曲线模型表达。同时分析了动弹性模量随动应变的规律,进一步验证动三轴试验中动弹性模量的变化规律的合理性。     

风成地貌形态的流体波动解

从流体力学角度出发,探讨运动沙粒的集体行为,通过分析Stokes波的近似解,用于刻画风成地貌形态的几何特征.给出各级近似Stokes波剖面图形,与自然界实际风成地貌形态相似,其结果也与风成沙纹的实验观测相一致.     

基于车辆地面力学沙漠沙结构性本构模型的建立

结合沙漠土壤的三轴试验资料,将岩土力学研究中描述土结构性的定量参数(应变综合结构势)引入土的强度变形特性分析. 根据该参数对同一围压下不同含水率沙的应力-应变曲线具有较好的归一化作用,用类似邓肯-张模型的处理方法构造沙漠沙结构性本构模型,并提出获得模型参数的试验方法. 试验与仿真结果表明该结构模型能较好反映不同含水率下沙漠沙的应力-应变关系.      

砂土单调剪切力学性状的颗粒流模拟

利用离散单元法中的二维颗粒流方法(PFC2D),采用了两种不同接触刚度模型对福建标准砂常规三轴试验结果进行了细观数值模拟,并探讨了不同围压水平下两种接触刚度模型的适用性.研究结果表明:对于Hertz-Mindlin接触模型,细观剪切模量影响数值试样的宏观变形模量,颗粒摩擦系数影响试样的峰值强度,细观泊松比变化对试样宏观响应影响不大.当考虑一个确定围压水平下的三轴试验模拟时,两种接触刚度模型均能得到较理想的结果;而当考虑不同围压条件时,由Hertz-Mindlin接触模型得到的结果要比线性接触模型更加符合实际砂土的性质.     

基于蠕变试验计算沥青的低温松弛弹性模量

为了利用易操作的试验得到沥青的低温松弛弹性模量,采用沥青弯曲梁流变仪(BBR)测得沥青的蠕变柔量,通过对蠕变试验数据在时域内进行离散,根据蠕变与松弛之间的本构关系建立松弛弹性模量和蠕变柔量的数值迭代表达式.从迭代表达式可以计算出沥青在基准温度下的松弛弹性模量.使用时温等效换算法则可以得到不同温度下的松弛弹性模量主曲线,分析松弛弹性模量主曲线特性可以评价沥青的低温性能,为工程上选择合适的沥青提供参考.     

压缩条件下发泡聚苯乙烯的本构关系和疲劳特性

对不同密度的国产发泡聚苯乙烯 (EPS)采用刚性试验机 (MTS)进行了单轴压缩条件下的加载试验及疲劳试验 .通过对试验结果的研究分析 ,阐述了压缩条件下EPS的本构关系和疲劳特性 ,并给出了材料的抗压强度和弹性模量设计取值 .研究结果对于EPS的工程应用具有一定的参考价值