本文關(guān)鍵詞： 離散單元法 堆石體 顆粒形狀 最小粒徑 縮尺方法　出處：《武漢大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：顆粒狀材料被廣泛應(yīng)用于生活生產(chǎn)和工程建設(shè)之中,范圍包括農(nóng)業(yè)、制藥業(yè)、機械制造業(yè)、食品制造業(yè)、采礦業(yè)以及建筑工程行業(yè)等,由于其應(yīng)用前景廣闊,對其材料性質(zhì)的研究一直被諸多科研人員所重視。堆石體材料作為一種典型的顆粒材料,其力學(xué)特性受到例如顆粒形狀、級配以及材料自身性質(zhì)等諸多因素的影響,隨著我國高堆石壩工程建設(shè)的不斷發(fā)展,對其主要筑壩材料之一——堆石體材料力學(xué)特性的研究提出了更高的要求。離散單元法是從細觀尺度研究不連續(xù)介質(zhì)的有效數(shù)值模擬方法,基本思想是將不連續(xù)介質(zhì)離散成獨立的顆粒單元并模擬顆粒之間的相互作用,不僅避免了有限元方法中復(fù)雜的本構(gòu)關(guān)系,還彌補了室內(nèi)試驗需要大量人力物力的不足。為了深入研究堆石體的力學(xué)行為,并從細觀機理上對其進行合理分析,目前國內(nèi)外很多關(guān)于堆石體力學(xué)特性的研究都采用了離散單元法。堆石料的力學(xué)特性受顆粒形狀的影響較為顯著,但是基于離散單元法的數(shù)值模擬軟件中采用的基本單元通常是圓形顆粒,無法代表復(fù)雜多樣的堆石體顆粒形狀。為此本文借助有限元網(wǎng)格劃分技術(shù),提出了一種復(fù)雜形狀顆粒的離散元模擬方法,實現(xiàn)了包括了凹多邊形在內(nèi)的不規(guī)則隨機多邊形顆粒模擬,研究了不同顆粒形狀對顆粒集合體力學(xué)特性的影響,并從細觀角度對其進行了分析。以離散元數(shù)值分析軟件為工具對堆石體進行研究時,考慮到計算機的運行速度和計算容量,對試樣的顆粒數(shù)目會有一定限制,通常無法完全按照給定級配生成顆粒。對此,常用的方法是將級配曲線中小于某一粒徑的細小顆粒采用該粒徑顆粒進行等體積替換,該方法實際上改變了級配分布,導(dǎo)致數(shù)值計算的結(jié)果會受到一定影響。本文基于二維離散元程序PFC2D,對同一級配曲線在不同最小粒徑處進行截斷,并采用兩種壓實度控制標準,結(jié)合本文提出的不規(guī)則顆粒形狀生成方法,得到五種最小粒徑不同的不規(guī)則多邊形堆石顆粒試樣。對其模擬雙軸壓縮試驗,研究了最小粒徑截距對不規(guī)則形狀堆石體強度變形特性的影響,為離散元數(shù)值模擬中采用等體積替換法時替換粒徑的選取提供了有效參考。由于受到試驗儀器尺寸的限制,研究堆石體力學(xué)特性的室內(nèi)試驗需要對堆石體材料進行縮尺,縮尺后的試樣由于顆粒大小、形狀和級配組成均發(fā)生了改變,導(dǎo)致力學(xué)特性與原級配堆石料產(chǎn)生的差異即為縮尺效應(yīng)。采用室內(nèi)試驗研究縮尺效應(yīng)需要耗費許多人力和物力,而且影響堆石體縮尺效應(yīng)的因素繁多,室內(nèi)試驗很難保證試驗條件完全相同,會對試驗結(jié)果產(chǎn)生一定影響。本文采用離散元數(shù)值模擬方法,分別用等量替代法、混合法、相似級配法對堆石料原級配進行縮尺,研究了不同顆粒級配分布的分形特性。分別生成不考慮顆粒形狀的圓盤形堆石顆粒試樣和不規(guī)則多邊形堆石顆粒試樣,研究采用不同縮尺方法縮制得到試樣的強度變形特性之間的差異,分析了顆粒形狀因素對試驗結(jié)果的影響,并建立了各組試樣的分形特性與力學(xué)參數(shù)之間的擬合關(guān)系,為研究縮尺方法對力學(xué)特性的影響提供了有效參考。
[Abstract]:In order to study the mechanical properties of rockfill materials , this paper proposes a discrete element method to study the mechanical properties of rockfill materials . In this paper , the fractal characteristics of different particle size distribution are studied by the method of similarity grading , and the fractal characteristics of different particle size distribution are studied . The difference between the strength and deformation characteristics of the specimens is obtained by using different scale methods . The fitting relation between the fractal characteristics and the mechanical parameters of each group is established , which provides an effective reference for the study of the effect of the scale method on the mechanical properties .

【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TV41

【參考文獻】

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本文編號：1506095