基于FEM-DEM的三体摩擦界面中接触行为与应力的多尺度分析

为了研究三体摩擦界面中第一体变形与第三体状态的相互影响，利用耦合有限元法和离散元法的多尺度法模拟了平行板剪切颗粒第三体的过程。整个模型分为两个区域：有限元区域（上板）和离散元区域（第三体和下板），上板在一定的外载荷压应力下挤压颗粒第三体，下板以恒定的速度剪切颗粒第三体。为实现两个子区域间的相互联系，建立了子区域间应力应变的传递机制。实现了三体摩擦界面的多尺度分析，模拟了平行板剪切颗粒第三体的过程。模拟结果表明：当外载荷压应力低于10MPa时，颗粒间的碰撞增多使得第三体内量纲归一化平均应力增大，宏观摩擦系数也随之增大；在剪切过程中，第三体内部颗粒间的接触随接触角度的分布呈现出一定的规律性，0~90°各区间内的强接触较多，尤其在54°~72°之间；颗粒接触随接触力大小的分布也具有一定的规律性，接触力与第三体颗粒平均接触力的比值在0~0.6之间内的接触较多，随后接触力越大，接触数越少。同时，第一体内压应力分布与第三体内力链的分布相对应，力链越强则与其接触的第一体的压应力越大。