颗粒材料三维应力路径下的接触组构特性

颗粒材料的宏观应力变形特征与其微观接触力、组构等紧密相关.一般而言,强接触系统属于颗粒内部体系的传力结构,其对应的组构张量是影响宏观应力性质的重要因素.细观数值方法(如离散单元法)能够反映物理试验的基本规律,并且可以方便地提取宏微观数据来研究颗粒体系的应力变形机制.采用离散单元法(discrete element method,DEM)进行一系列等$p$等$b$应力路径下颗粒材料的真三轴试验,在此基础上研究了三维应力路径下颗粒材料的宏微观力学参数的演化过程、三维组构张量与应力张量多重联系以及强接触体系反映的宏观应力特征.研究表明:颗粒体系偏应力峰值状态和临界状态均存在与加载路径无关的宏微观特征;三维应力路径下组构张量与应力张量存在非共轴性,但其联合不变量演化过程表现出加载路径无关的特征;与弱接触系统的组构张量相比,强接触系统的组构张量更能反映宏观应力张量的特征;强弱接触体系的组构张量对颗粒体系宏观响应的贡献不同,其分界点存在一定取值范围,但采用平均接触力较为简单合理.      

颗粒流的动力学模型和实验研究进展

首先叙述了颗粒流研究的背景和基本概念,接着概述了颗粒流动力学研究的三种基本数学力学模型:颗粒动理论(kinetic theory)模型、摩擦塑性模型和离散元模拟模型.介绍了它们的基本原理,并分析了各个模型的优缺点和适用范围.随之,对颗粒流的实验研究情况作了简要的介绍,列举了研究中几种常用的试验方法和观测手段,以及观测到的一些典型现象.最后,我们简述了颗粒流研究的主要困难,并提出了某些有待解决的研究课题.      

颗粒介质的弹塑性动态本构关系研究

本文运用多刚体系统动力学和微结构连续力学的理论方法，考虑了颗粒体的拓扑结构及颗粒体之间的局部非线性相互作用，通过引进恢复系数，导出了适合于大变形运动（包括平动与转动）情况下，颗粒体间的滑移和分离的客观弹塑性本构关系。     

粮仓效应的圆盘堆积模型

为研究圆筒中颗粒堆内部的应力分布,将颗粒堆简化为规则的二维圆盘堆积模型.对圆盘堆积中力的传递进行分析后给出了圆盘堆积中力的传递规律,利用计算机模拟了圆盘对容器底部的压力,发现底部压力随圆盘层数增加会达到饱和,并将二维圆盘堆积的规律推广到三维颗粒堆,从理论上推导出容器底部平均压强p与颗粒填充高度Z的关系.     

振动颗粒混合物中的周期性分聚现象与能量耗散

在垂直振动的激励下, 铜和玻璃珠组成的二元颗粒混合样品存在依次出现分界清晰的三明治, 巴西果, 反巴西果三种分聚结构的周期循环变化现象, 其中出现三明治结构的时段最长(大于90%). 循环周期随振动台频率的增加而增大, 随加速度的增加而减小. 对三种分聚结构的样品能量耗散功率的测量显示, 在相同的振动条件下反巴西果结构的能耗功率最大, 巴西果结构的最小. 利用Hong的凝聚和渗透两机理相互竞争的观点, 并结合能耗功率的测量结果, 可定性解释这个周期性分聚现象.     

非共沸制冷剂R417A在水平光滑管内的沸腾传热

应用一种快速、准确的隐式格式迭代数值计算方法 ,对非共沸制冷剂 R41 7A在水平光滑管内的蒸发过程进行了数值模拟。通过应用纯质的传热公式计算后与实验值相比较 ,数值计算结果高于实验值。     

成分无序颗粒体系中切向力的分布

采用离散元模拟研究成分无序颗粒体系中切向力的几率分布.将切向力分为主切向力和次切向力分别进行统计,结果表明主切向力与次切向力服从不同的分布.随着缺陷率的增加,主切向力由近似的正态分布变为双峰状的分布,最后变为单峰状的分布;而次切向力总是指数型分布.通过理论计算和模拟讨论了切向力分布,说明缺陷率较大的成分无序体系与结构无序体系有类似的力分布规律.     

颗粒堆的体积分数与制备流量关系的实验研究

通过实验研究发现,颗粒堆的体积分数随制备颗粒堆的颗粒流流量指数衰减,减小或增加流量到一定程度时,体积分数都达到饱和;出料口直径与颗粒粒径的比值小到一临界值时,随着流量的减小体积分数增加急剧变缓;颗粒粒径小到一临界值时,随着流量的增加,体积分数的减小急剧变缓.结合颗粒物质的强耗散性、空气作用、瓶颈效应和碰撞理论解释了实验现象,从连续性原理出发推出的颗粒堆体积分数随制备流量变化的函数与实验数据的拟合公式相同.     

离散颗粒层被横向推移过程中的力学行为研究

研究发现,颗粒物质层被匀速推移挤压过程中,所需推移力先以线性规律增加,在某一确定点后,则会以指数规律增加.而颗粒物质是由众多离散颗粒组成的软凝聚态物质,其宏观上反映的是离散颗粒的个体性质和凝聚态物质的集体效应.颗粒与颗粒之间以及颗粒与边界之间的细观尺度接触力链的构成以及演变规律将会直接影响各种宏观受力情况,其摩擦力与挤压力便是力链的主要构成形式.围绕着定量描述细观力链特征,从而揭示力的变化规律这一目标,采用计算机模拟的方法,依照球形颗粒Hertz法向接触理论和Mindlin-Deresiewicz切向接触理论,对重力作用下不同数目的三维等径球体颗粒层的推移情况进行了离散元仿真模拟,量化分析了推移力变化规律、各摩擦力变化规律以及力链分布规律,发现摩擦力与挤压力在颗粒堆积的不同阶段对力链的构成起到了不同的主次作用,使得力链发生强弱演变,从而发现了推移颗粒物质层时推移力的变化规律及原因.这些结果有利于从力链角度揭示颗粒内部和颗粒与各边界之间的受力情况.     

颗粒固体弹性势能的声波性质

基于大量静止颗粒堆积而成的物体属于非线性弹性体的观点,计算了其弹性势能的声速表达式(考虑圆柱对称和沿主应力方向传播的平面波情形).通过与己报道的一些实验数据的对比,认为精密的声学方法能够测定势能中的所有材料参数,因此是研究这类材料非线性弹性行为细节的一个重要观测手段,但需要对样品的所有应力、密度和均匀程度进行全面仔细的监控.