貫入儀雖然已經(jīng)在巖土工程、地質(zhì)工程等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,但對貫入儀影響因素和機理方面缺乏系統(tǒng)研究。目前,貫入問題在實際的應(yīng)用過程中受到粒徑分布的改變、顆粒堆積密實度、不同角度的貫入儀等因素影響,使得在貫入過程中會引起顆粒之間發(fā)生不同的變化。為加深對貫入儀在顆粒材料中特性的認(rèn)識,分析貫入儀隨著角度和顆粒尺寸改變,其位移、應(yīng)力、熱量和能量的變化規(guī)律。本論文使用離散元MatDEM軟件對不同角度貫入儀貫入不同顆粒尺寸玻璃珠的過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。首先,基于離散元相關(guān)理論,介紹了三維緊密堆積模型的力學(xué)性質(zhì),包括四面體單元的變形、楊氏模量、抗拉強度、泊松比、抗壓強度及離散元數(shù)值模擬方法。其次,編寫代碼建立30°、45°、60°和180°不同角度貫入儀,圓柱形樣品容器。接著,生成5mm、10mm、和20mm塊體樣品且切割成圓柱體樣品,并放入圓柱形樣品容器中。然后,進(jìn)行材料訓(xùn)練、平衡模型和荷載設(shè)置,中間包括自動測試、迭代計算、標(biāo)準(zhǔn)平衡、強膠結(jié)平衡、模型參數(shù)的初始化等。最后,將所有結(jié)構(gòu)體導(dǎo)入模擬箱進(jìn)行離散元數(shù)值模擬研究。結(jié)合不同顆粒尺寸樣品分析貫入儀貫入時,顆粒之間相互作用以及重力勢能、彈性勢能、動能和總能... 

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

梨形狀示意圖

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文基于離散元的貫入儀數(shù)值模擬研究71.3研究內(nèi)容和技術(shù)路線本文首先進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研分析，把握貫入儀在巖土勘察等行業(yè)前沿，隨后利用離散元軟件MatDEM編寫不同角度貫入儀和圓形儀器，結(jié)合不同顆粒尺寸樣品分析不同角度貫入儀貫入時，顆粒之間的變化規(guī)律。具體內(nèi)容如下：（1）通過宏微觀的轉(zhuǎn)換以及二次開發(fā)，構(gòu)造不同角度的貫入儀、圓形樣品容器。（2）建立貫入儀數(shù)值模擬的三部分，通過材料訓(xùn)練、平衡模型、荷載設(shè)置進(jìn)行數(shù)值模擬研究。（3）基于離散元法研究不同角度貫入儀貫入時，研究不同顆粒尺寸位移、應(yīng)力、熱量、重力勢能、彈性勢能、動能和總能量的變化規(guī)律。本論文通過建立數(shù)值模型，為室內(nèi)試驗提供合理的指導(dǎo)，技術(shù)路線如圖1-2所示。圖1-2技術(shù)路線圖

蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文基于離散元的貫入儀數(shù)值模擬研究9圖2-1線彈性模型示意圖[70]通過切向彈簧來模擬顆粒間的剪切力和剪切變形式中，為切向剛度；為切向位移。=(2-2)同樣地，彈簧在切向上也存在破壞準(zhǔn)則，基于莫爾-庫倫準(zhǔn)則：=(2-3)式中為最大剪切力，為顆粒間的抗剪力，為顆粒間的摩擦系數(shù)。在莫爾-庫倫準(zhǔn)則里，單元件最大抗剪力與初始抗剪力相關(guān)，法向壓力越大，抗剪力也越大。當(dāng)切向力超過最大剪切力的時，切向連接斷裂，此時顆粒間只存在滑動摩擦力。在數(shù)值模擬中，通過引入法向彈簧與切向彈簧來等效真實世界中砂礫等沉積物沉積成巖時顆粒之間存在的膠結(jié)，如鐵質(zhì)膠結(jié)等。因此，在數(shù)值模擬中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該彈簧斷裂時，對應(yīng)真實世界中膠結(jié)也斷裂。此時，切向彈簧也應(yīng)斷開，反之亦然。通過線彈性接觸定義的單元，其堆積模型具有整體的彈性特征，如果要模擬材料的彈塑性、蠕變等特性，則需要定義不同的接觸模型[16]。2.2三維緊密堆積模型的力學(xué)性質(zhì)2.2.1四面體單元的變形如圖2-2（a）所示，四個相同的顆粒堆積連接構(gòu)成的四面體。在圖2-2（b）中，固定顆粒2、3、4的Z坐標(biāo)，用以模擬平滑剛性邊界。在顆粒1上施加Z方向上的微小外力，其產(chǎn)生豎直向上的微小位移。受顆粒1拉力的作用，顆粒2、3、4向等邊三角形BCD中心移動。由于單元體是中心對稱的，顆粒1與底部的三個顆粒間的法向位移和切向位移一致，底部顆粒間的相對位移和作用力也相同。當(dāng)作用力和位移很小時，四面體的變形有解析解[70]。


本文編號：2935109