弹塑性自黏结颗粒聚合体碰撞破损的离散元法模拟研究

利用颗粒离散元方法,并结合接触力学理论,对自黏连、弹塑性颗粒聚合体碰撞破损的细观力学机理进行了模拟研究。在颗粒间塑性变形存在的条件下,研究了颗粒物碰撞损伤。将弹性颗粒体碰撞与弹塑性颗粒体碰撞结果作了比较。结果表明:其他同等条件下,与弹性颗粒聚合体相比,弹塑性颗粒聚合体的损伤模式多为衰变或解体,而非断裂,其原由可以归结为塑性变形引起的额外能量损耗;其他同等条件下,与弹性颗粒聚合体比较而言,弹塑性颗粒聚合体碰撞加载阶段平板撞击力波动振幅较小,加载时间较长,撞击力峰值较大,且峰值出现的时间较晚,而损伤率却较大,其原因可以归结为颗粒间塑性变形对动能损耗、局部结构变化、内部力传播的影响。     

基于离散元法的干湿颗粒系统仿真

介绍了基于离散元法的干湿颗粒系统仿真软件DEMSIM。对于干颗粒系统,DEMSIM可以分析二维和三维颗粒系统的弹性和塑性接触碰撞过程;对于湿颗粒系统,DEMSIM采用传统的液桥模型;对于颗粒-流体系统,DEMSIM采用CFD-DEM细观耦合模型模拟。一系列典型算例的模拟分析,验证了干湿颗粒系统仿真软件DEMSIM的精度和有效性。     

离散元法研究的评述

介绍了离散元法的基本理论、计算方法及其应用的现状和最新进展.从离散元法的离散模型特点及便于甄别与其它数值计算方法的关系的角度给予离散元法一个比较宽松的定义.在此基础上阐明了离散元方法与刚体-弹簧模型(rigid body spring model, RBSM)方法,不连续变形分析(discontinuous deformation analysis, DDA)方法,分子动力学(moleculardynamics, MD)方法,三维离散元(discrete meso-element dynamicmethod, DM$^2$)方法及无网格方法(meshless method)等数值计算方法的关系, 并讨论了离散元法研究中亟待解决的问题和今后的发展方向.      

颗粒聚合体碰撞破损的细观力学仿真研究

粉末和颗粒材料常常以聚合体(agglomerate,还可译成结块, 聚团等)的形式存在.无论是自然环境中还是工业处理过程中, 微小颗粒聚合体碰撞破损是一常见物理现象.近十几年来, 对颗粒聚合体碰撞研究在试验和数值模拟方面均取得了很大的进展.特别是利用颗粒离散元方法, 结合经典接触力学理论, 对微米颗粒聚合体碰撞破损的细观力学机理进行的研究, 取得了很多重要成果.基本形成了较为完善的模拟分析方法, 提出了许多新概念, 形成了目前适于分析研究的专用分析程序.本文介绍了目前国际上颗粒聚合体碰撞破损模拟研究的一般方法和理论, 总结了现有的主要研究内容及成果, 并提出一些研究展望.      

平面弹性力学问题的离散元法

根据离散元的基本原理,基于变形体的理论提出了适用于平面弹性力学问题的界面位移、应变和应力模式,建立了求解平面弹性力学问题的离散元方程和相应的迭代求解方法.通过界面位移可以简洁地将位移和力的边界条件引入离散系统的控制方程,也可以方便地求解节点位移.数值算例表明,与具有相同网格的有限元结果相比,离散元能同时给出精度相对较高的应力解和精度相当的位移解.     

基于离散元法的刚性履带低含水软地面附着特性数值分析

针对低含水软地面低黏性、高摩擦的力学特性,以刚性履带在干燥壤土行驶这一典型工况为试验条件,基于离散单元法选取合理的颗粒细观参数,在三轴剪切试验的基础上建立并验证了土壤数值仿真模型。通过数值牵引试验,对刚性履带低含水软地面的附着特性进行了离散元细观分析。分析表明,土壤附着力随履刺的向后排列而递减;垂直于履带行驶方向的附着作用不可忽略;离散元法能更好地还原低含水软地面的力学特性,揭示了土壤颗粒在动态荷载下非连续的本质,适合于干燥、松散的低含水软地面数值研究。     

离散元法铁粉末压制中粒径分布对力链演化机制的影响

为阐明粒径分布对铁粉压制中体系内部细观力学行为的影响, 基于离散元理论, 通过改变铁粉颗粒粒径分布建立压制模型, 结合力链提取方法, 通过对力链空间分布、力链数目、力链长度和力链方向性的分析, 探究粒径分布对力链演化的影响机理. 研究结果表明: 不同粒径分布的粉体压制时形成的力链空间分布具有差异, 粒径分布范围越小, 形成的力链分布越集中, 反之, 粒径分布范围越大, 形成的力链分布越松散且均匀; 在粉末压制时, 粒径分布对力链数目也有影响, 具体表现为随着粉体的粒径分布范围变大, 力链总数逐渐减少; 粉体的粒径分布对颗粒形成短力链的数目起着显著影响, 而对力链长度的影响较为有限; 随着粒径分布范围的增大, 力链的方向由均匀分布逐渐集中在特定角度方向, 表现出一定各向异性, 形成的交叉力链网络结构有利于提高粉体致密化程度. 本文为从粉体粒径分布影响层面拓展粉末压制细观力学理论提供基础, 亦为进一步结合粉体粒径分布及体系内力链演变过程改善粉末致密化行为提供指导.      

高速冲击问题的离散元法数值模拟

以能量等效为原则,构建了新的求解弹塑性轴对称问题的离散元模型。通过引入断裂准则,使模型不仅可以应用于连续介质问题,还可以应用于从连续介质向非连续介质的动态转化过程。最后,通过模拟钢板受冲击载荷产生层裂的过程,说明模型在高速冲击问题中的适用性及其有效性。     

高频振动下岩土颗粒材料动力行为及细观机理

针对高频振动条件下岩土颗粒材料动力响应放大的现象,采用离散元法开展了一系列动双轴数值试验,分析了不同荷载频率下岩土颗粒材料的动力行为及其细观特征．试验结果表明：对于模拟的岩土颗粒材料,在加载频率为30～40 Hz时的动力变形尤其明显,加载过程中塑性变形快速发展,试件内部形成“八”字型剪切带,动刚度显著降低．提出了“竖向分布系数”描述试件内部的局部变形规律,并结合颗粒细观受力特征,探究了试件变形加剧和刚度弱化的细观机理．研究发现相较20 Hz和60 Hz工况,加载频率为40 Hz时试件中下部区域的局部动变形振动幅值明显增大,颗粒处于高度动力非平衡态,颗粒体系的排列结构和接触力剧烈调整,使得试件变形加剧、承载性能显著弱化．     

颗粒流动力学及其离散模型评述

颗粒流是由众多颗粒组成的具有内在相互作用的非经典介质流动. 自然界常见颗粒流都是密集流, 颗粒间接触形成力链, 诸多力链相互交接构成支撑整个颗粒流重量和外载荷的网络, 其局部构型及强度在外载荷下演化, 是颗粒流摩擦特性和接触应力的来源.本文介绍球形颗粒间无粘连作用时的Hertz法向接触理论和Mindlin-Deresiewicz切向接触理论. Campbell依据是否生成较为稳定的力链把颗粒流分为弹性流和惯性流两大类, 其中弹性-准静态流和惯性-碰撞流分别对应准静态流和快速流, 作为两种极端流动情况通常处理成连续体, 分别采用摩擦塑性模型和动理论予以描述, 但是表征接触力链的颗粒弹性参数并不出现这两个模型和理论框架中, 如何进一步考虑颗粒弹性参数将非常困难. 目前离散动力学方法逐渐成为复现其复杂颗粒流动现象、提取实验不可能获得的内部流动信息进而综合起来探索颗粒流问题的一种有效工具, 其真实性强于连续介质理论的描述. 软球模型对颗粒间接触力简化处理, 忽略了切向接触力对法向接触力及其加载历史的依赖, 带来了法向和切向刚度系数如何标度等更艰难的物理问题, 但由于计算强度小而广泛应用于工程问题中. 硬球模型不考虑颗粒接触变形, 因而不能描述颗粒流内在接触应变等物理机理, 仅适用于快速颗粒流, 这不仅仅是由于两体碰撞的限制. 因此基于颗粒接触力学的离散颗粒动力学模型是崭新的模型,适用于准静态流到快速流整个颗粒流态的模拟, 可以细致考虑接触形变及接触力的细节,建立更为合理的颗粒流本构关系, 进而有力的促进颗粒流这一非经典介质流动的研究.      

非线性多类变量有限元的进展

本文介绍了非线性多类变量有限元,即非线性的杂交元和拟协调元近几年来的发展及其变分基础.      

非线性多类变量有限元的进展

本文介绍了非线性多类变量有限元,即非线性的杂交元和拟协调元近几年来的发展及其变分基础.     

杂交应力有限元法的研究进展

介绍了建立固体力学有限元法的多变量变分原理,和推导杂交 应力有限元方法的演变。并指出杂交应力有限元法的许多特殊应用。     

颗粒增强复合材料有效性能的三维数值分析

将细观力学和计算力学方法相结合用以确定复合材料中的局部和平均应力－应变场．对旋转体和非旋转体颗粒增强复合材料的有效模量进行了三维有限元数值计算，数值与实验结果对比表明，该方法是有效的、可靠的．分析了颗粒的排列分布、颗粒取向和颗粒的几何形状对有效模量的影响．数值结果表明，颗粒的排列对有效轴向弹性模量影响较大．颗粒的取向和颗粒的形状对有效性能的影响也是显著的     

智能复合材料的应用与力学研究进展

介绍了智能材料和智 能复合材料的基本概念、主要类型以及智能材料的感知与驱动机理,重点介绍了智能复合材 料当前的应用情况,并简要阐述了智能复合材料领域当前研究的热点问题,介绍了该领域中 的多物理场耦合问题及CNT/SMP复合材料性能的研究现状,展望了智能复合材料的发展前景.     

复合材料有效弹性性质分析方法eeeeee

建立复合材料的有效性质与微结构参数的关联,是复合材料优化设计的基础。本文具体针对有效弹性性质,重点介绍了建立有效性的基本思路 和主要分析方法。首先讨论了代表单元的概念,然后分别从复合材料有效性质的普适关系、界限理论和近似方法三个不同的视角较全面的介绍了建立非均质材料有效性质的方法、主要结果和最新进展。重点从构型的概念和微结构分布形式上分析了各种模型间及分析方法之间的联系与差别。最后还就建立非均质材料有效性质中存在的问题和研究热点做了简单的介绍。     

纳米力学的数值模拟方法

纳米力学是一支新兴学科,主要研究100nm以下尺度上物质的行为和变化规律.物质在纳米尺度上所具有的特殊效应如量子效应、微尺度效应等导致了其特异的性能和行为.人们对纳米力学行为的认识,目前主要通过试验观测和数值模拟等方法.本文概要回顾了分子动力学模拟、蒙特卡罗模拟等纳米力学计算方法的研究进展及现状,提出了以量子力学为基础、多学科交叉、多层次融合发展纳米力学研究方法的构思,并对纳米力学研究方法所面临的问题及其发展趋势做了初步展望.      

非完整系统力学积分方法的某些进展

本文介绍非完整系统力学积分理论的某些近代发展,包括经典积分的推广,Lagrange力学逆问题,Hamilton-Jacobi方法的推广,场方法的推广,不变度量方法以及其它方法,并给出本问题未来发展方向的建议.      

复相材料中第二相的空间分布状况的描述方法综述

对复相材料二维截面中第二相的空间分布状况的多级判别的模式识别方法作了较全面的综述,并对第二相的三维空间分布状况的一些体视学观测研究方法,尤其是近年来发展的新方法作了较为系统的介绍．指出在实际材料微结构设计和性能预测的过程中,应针对所研究的具体的材料特点、具体的机械性能类型以及材料性能力学计算工作的需求来确定恰当的描述尺度,选择合适的描述方法,以确定夹杂物或第二相的空间分布对材料机械性能的定量影响,尤其应注意发挥体视学在其中的重要作用．     

离散系统通用动力学方程求解算法的研究进展

离散系统中的颗粒物在凝并、破碎、冷凝/蒸发、成核、沉积等事件作用下颗粒尺度分布的时间演变由通用动力学方程所描述.该方程为一典型的部分积分微分方程,普通数值方法难以求解.本文详细介绍了求解通用动力学方程的矩方法、分区法、离散法、离散-分区法、MonteCarlo方法等几种算法的原理、优缺点和最新的研究进展,并着重介绍了MonteCarlo算法,包括基于时间驱动Monte Carlo方法、基于事件驱动MonteCarlo方法、常数目法、常体积法以及多重Monte Carlo算法.