非凸体颗粒材料缓冲性能的离散元模拟

采用离散元方法对冲击载荷作用下E形、U形和dolos形(扭转H形)等非凸体颗粒材料的缓冲性能进行数值分析。计算结果表明:与球形颗粒相比,非凸体颗粒材料具有良好的缓冲特性。同时,不同颗粒形状都存在一个临界长宽比R_c,当长宽比RR_c时,底板的压力峰值随长宽比R的增加而减小;当长宽比RR_c时,底板的压力峰值变化不再显著并趋于稳定。通过设定不同材料参数分析非凸体颗粒材料能耗散的主要方式,发现非凸体颗粒材料能量耗机制以摩擦耗散为主要方式,非弹性碰撞为次要方式,基本不存在飞溅颗粒耗散能量现象。最后,对颗粒系统在冲击过程中的平均配位数变化进行了讨论,以揭示非凸体颗粒形状对颗粒介质摩擦耗能机制的影响,结果表明,高长宽比的非凸体颗粒在冲击作用下颗粒单元接触更稳定,有利于摩擦力通过滑移诱导能量耗散,这导致非凸体颗粒具有更好的缓冲性能。