【摘要】：在離散元(DEM)模擬過(guò)程中,顆粒物質(zhì)的接觸剛度對(duì)模擬結(jié)果有重要影響,而構(gòu)成顆粒物質(zhì)的材料本身存在大量的微觀缺陷,由于在顆粒物質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中反復(fù)沖擊接觸作用,必然導(dǎo)致顆粒物質(zhì)內(nèi)部微觀缺陷的擴(kuò)展和融合,使得顆粒物質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)不斷劣化,具體表現(xiàn)為接觸剛度不斷降低,直至發(fā)生沖擊破碎。如何在離散元模擬過(guò)程中考慮顆粒物質(zhì)的沖擊損傷特性具有重要意義;以Hertz彈性接觸力學(xué)為基礎(chǔ),結(jié)合連續(xù)損傷理論,定義了顆粒物質(zhì)沖擊損傷變量,建立了顆粒物質(zhì)沖擊損傷演化方程,提出了沖擊損傷累積確定方法。結(jié)果表明:較小的沖擊速度可以導(dǎo)致顆粒物質(zhì)產(chǎn)生損傷,損失累積弱化了顆粒物質(zhì)的接觸剛度,損傷累積可導(dǎo)致顆粒破碎,在離散元模擬過(guò)程中應(yīng)考慮顆粒物質(zhì)的損傷累積。
【圖文】：

舊澩?在大量的微觀缺陷，在地質(zhì)災(zāi)害快速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，巖塊之間相互碰撞必然導(dǎo)致巖體內(nèi)微觀缺陷的萌生、擴(kuò)展和融合，，使得巖塊的物理力學(xué)性質(zhì)不斷劣化，剛度不斷降低，直至發(fā)生沖擊破碎。而巖塊的剛度退化與沖擊破碎又將顯著地影響地質(zhì)災(zāi)害本身的運(yùn)動(dòng)和堆積，因此，在采用離散元模擬地質(zhì)災(zāi)害運(yùn)動(dòng)時(shí)如何考慮顆粒物質(zhì)的這些特性就非常重要。TAVAＲES等［13－16］在巖石的沖擊損傷研究方面做了較多開(kāi)創(chuàng)性工作，包括沖擊損傷的定義、沖擊損傷演化方程以及沖擊損傷試驗(yàn)等，并提出了顆粒物質(zhì)多次沖擊損傷演化概念模型(如圖1)。圖1沖擊損傷演化概念模型Fig．1Theimpactdamageevolutionmodel不同于ZHANG等的彈塑性接觸模型，我們采用損傷理論方法來(lái)研究顆粒物質(zhì)的沖擊碰撞特性，將顆粒物質(zhì)的非線性接觸碰撞看成是顆粒物質(zhì)的損傷演化過(guò)程。以Hertz接觸力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合連續(xù)損傷理論，定義了顆粒物質(zhì)沖擊損傷變量，構(gòu)建了新的顆粒物質(zhì)沖擊損傷演化方程，提出顆粒物質(zhì)沖擊損傷累積計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上提出顆粒物質(zhì)沖擊損傷速度與沖擊破碎判據(jù)，為進(jìn)一步改進(jìn)離散元模擬、提升離散元數(shù)值計(jì)算精度提供一條可行的途徑。1Hertz接觸理論考慮如圖2所示兩個(gè)球體顆粒物質(zhì)的彈性接觸問(wèn)題，根據(jù)Hertz理論，接觸面是半徑為a的圓形面，給出了兩個(gè)顆粒材料在法向壓力P作用下彈性接觸問(wèn)題的完備解［17］。圖2Hertz接觸問(wèn)題Fig．2ContactproblemofHertz接觸面上壓力分布:p(r)=3P2πa21－r()a[]21/2(1)式中:p(r)為接觸壓應(yīng)力;P為接觸壓力;a為接觸半徑;最大接觸應(yīng)力位于r=0處:pmax=3P2πa2(2)接觸變形量δ與接觸半徑a之間有如下關(guān)系:a2=Ｒδ(3)式中:Ｒ為等效半徑，按下式計(jì)算:1Ｒ=1Ｒ

帕?物質(zhì)的非線性接觸碰撞看成是顆粒物質(zhì)的損傷演化過(guò)程。以Hertz接觸力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合連續(xù)損傷理論，定義了顆粒物質(zhì)沖擊損傷變量，構(gòu)建了新的顆粒物質(zhì)沖擊損傷演化方程，提出顆粒物質(zhì)沖擊損傷累積計(jì)算方法。在此基礎(chǔ)上提出顆粒物質(zhì)沖擊損傷速度與沖擊破碎判據(jù)，為進(jìn)一步改進(jìn)離散元模擬、提升離散元數(shù)值計(jì)算精度提供一條可行的途徑。1Hertz接觸理論考慮如圖2所示兩個(gè)球體顆粒物質(zhì)的彈性接觸問(wèn)題，根據(jù)Hertz理論，接觸面是半徑為a的圓形面，給出了兩個(gè)顆粒材料在法向壓力P作用下彈性接觸問(wèn)題的完備解［17］。圖2Hertz接觸問(wèn)題Fig．2ContactproblemofHertz接觸面上壓力分布:p(r)=3P2πa21－r()a[]21/2(1)式中:p(r)為接觸壓應(yīng)力;P為接觸壓力;a為接觸半徑;最大接觸應(yīng)力位于r=0處:pmax=3P2πa2(2)接觸變形量δ與接觸半徑a之間有如下關(guān)系:a2=Ｒδ(3)式中:Ｒ為等效半徑，按下式計(jì)算:1Ｒ=1Ｒ1+1Ｒ2Ｒ1、Ｒ2分別為兩個(gè)顆粒的半徑。接觸壓力與接觸位移之間的關(guān)系為:P=43EＲ12δ32(4)式中:E為等效彈性模量。1E=1－ν21E1+1－ν22E2;E1、ν1、E2、ν2分別為兩個(gè)顆粒體各自的彈性模量和泊松比。2Tavares＆King顆粒沖擊損傷模型為了研究顆粒物質(zhì)反復(fù)沖擊碰撞過(guò)程中物理力學(xué)性質(zhì)弱化機(jī)理與沖擊破碎效應(yīng)，Tavares＆King(2002)、Tavares(2009)以連續(xù)損傷理論和Hertz接觸理論為基礎(chǔ)，結(jié)合球形顆粒物質(zhì)在沖擊荷載下的荷載－變形響應(yīng)特性構(gòu)建了顆粒物質(zhì)沖擊損傷理論模型。P=d0．53i莐δ32(5)式中:d為顆粒物質(zhì)的直徑，i莐為有效剛度。i莐=(1－D)k(6)式中:D為顆粒物質(zhì)的

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本文編號(hào)：2567802