【摘要】：顆粒物質(zhì)形式多樣,小到粉末、塵埃大到巖石甚至天體,是日常生活中最常見的一類物質(zhì)。顆粒物質(zhì)的應(yīng)用歷史悠久,人們對(duì)于其物理力學(xué)性質(zhì)的研究從未停止,自離散單元法問世以來,顆粒力學(xué)的發(fā)展突飛猛進(jìn),研究成果也逐漸應(yīng)用到地質(zhì)災(zāi)害、巖土工程、化學(xué)工程、環(huán)境科學(xué)和交通運(yùn)輸?shù)戎T多領(lǐng)域。顆粒物質(zhì)是由離散固體組成的宏觀體系,由于自身的離散特性,使得在研究顆粒物質(zhì)性質(zhì)時(shí),自然而然將非均勻性納入考慮。除了非均勻性之外,顆粒物質(zhì)的導(dǎo)波行為也是研究的熱點(diǎn)之一,顆粒物質(zhì)由于接觸本構(gòu)非線性以及無法承受拉力作用等,其動(dòng)力響應(yīng)具有非線性特性,眾多研究表明顆粒物質(zhì)對(duì)波有極強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用,因此在沖擊波屏蔽、能量耗散等方面,都有潛在的應(yīng)用前景。本文基于離散單元法分別對(duì)顆粒材料以上兩個(gè)方面的性質(zhì)展開了研究,具體內(nèi)容如下:首先,從物性非均勻和幾何非均勻兩方面出發(fā),分別討論了它們對(duì)顆粒材料力學(xué)性質(zhì)的影響�？紤]了密排顆粒中含有一定數(shù)量雜質(zhì)(物理性質(zhì)不同)的情況,分析了雜質(zhì)分布位置和分布方式對(duì)顆粒材料應(yīng)變局部化過程的影響,證實(shí)了顆粒材料剪切帶的形成和初始缺陷分布之間的關(guān)系。隨著加載過程的進(jìn)行,渦結(jié)構(gòu)與局部化現(xiàn)象的出現(xiàn)表明了顆粒之間運(yùn)動(dòng)的相關(guān)性。然后,為了更系統(tǒng)地研究非均勻性對(duì)顆粒材料力學(xué)性質(zhì)的影響,針對(duì)幾何非均勻性,基于距離和偏差的概念提出了一種定量研究單一粒徑顆粒樣本非均勻度的方法,分析了非均勻度指標(biāo)與顆粒樣本的關(guān)系,證明了樣本非均勻性對(duì)剪切帶形成和分布的重要影響。針對(duì)顆粒樣本內(nèi)不同區(qū)域的兩種變形模式,從顆粒相對(duì)位置和力鏈兩個(gè)方面分析了其中的不同。最后建議了偶應(yīng)力效應(yīng)的臨界尺寸,參考應(yīng)變能與破壞準(zhǔn)則協(xié)調(diào)的思想,提出了適用于脆性橫觀各向同性材料的破壞準(zhǔn)則,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其次,針對(duì)包含夾雜帶的樣本,研究了不同材料參數(shù)對(duì)顆粒振動(dòng)速度和波速的影響;研究了能量沿傳播方向衰減的過程,對(duì)能量的衰減機(jī)理進(jìn)行了分析:初步探究了顆粒材料內(nèi)部力傳遞路徑與波形之間的關(guān)系;分析了波前形狀與等效應(yīng)變分布的關(guān)系;然后從顆粒加速度、動(dòng)能和波速等方面研究了不同沖擊角度對(duì)波傳播行為的影響。最后,承接上一部分的研究?jī)?nèi)容,用大小顆粒的半徑比,在樣本中引入微結(jié)構(gòu)的度量,研究了不同半徑比的顆粒集合體受到點(diǎn)沖擊作用時(shí)波的傳播行為。首先分析了波速隨著微結(jié)構(gòu)的變化,對(duì)波速的變化原因進(jìn)行了分析并給出了可能的解釋;然后根據(jù)顆粒間的作用力和接觸點(diǎn)處能量衰減的相關(guān)假設(shè),對(duì)微結(jié)構(gòu)如何影響耗散界面數(shù)和界面耗散率,進(jìn)而對(duì)整個(gè)樣本的能量衰減產(chǎn)生影響的機(jī)理進(jìn)行了分析;通過調(diào)查激勵(lì)源附近若干顆粒的運(yùn)動(dòng)情況,根據(jù)傳力路徑來追蹤沖擊動(dòng)能的分布,定義了能量傳遞的最大衰減部分,并分析了各個(gè)部分能量的去向和沖擊動(dòng)能在顆粒樣本中耗散和彌散的比例;在分析了波前形狀與微結(jié)構(gòu)的關(guān)系之后,用解析的方法研究了密排顆粒樣本中的波前形狀,得出了其解析表達(dá)式并對(duì)沖擊波的停止距離和傳播范圍做了預(yù)測(cè)。
【圖文】：

圖ｕ顆粒物質(zhì)常見的幾種現(xiàn)象逡逑Ｆｉｇ邋１．１邋Ｓｅｖｅｒａｌ邋ｃｏｍｍｏｎ邋ｐｈｅｎｏｍｅｎａ邋ｏｆ邋ｇｒａｎｕｌａｒ邋ｍａｔｔｅｒ逡逑料多樣化的宏觀力學(xué)行為具體體現(xiàn)在以下方面顆粒學(xué)可以給出單個(gè)顆粒在任意時(shí)刻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的精確解，但大量表現(xiàn)出類似液體的性質(zhì)，這些性質(zhì)與液體本身也不盡相同。如像水一樣散開，以求達(dá)到勢(shì)能最小的狀態(tài)，而是形成與堆積過，

圖１．２非均勻性一覽逡逑Ｆｉｇ邋１．２邋Ｏｖｅｒｖｉｅｗ邋ｏｆ邋ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙ逡逑了非均勻性的相關(guān)研究之外，顆粒物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)特性也一直是研究，尤其是在材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域。無論天然材料還是人造材料，通常都是利用料結(jié)構(gòu)來獲得有利的力學(xué)性能。例如，人體骨骼利用分層結(jié)構(gòu)［１６］在保，，
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O347.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2605952