發(fā)布時(shí)間：2018-02-12 16:46

  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(jī)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(duì)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(jí)配以及材料自身性質(zhì)等諸多因素的影響,隨著我國(guó)高堆石壩工程建設(shè)的不斷發(fā)展,對(duì)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(xì)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(dú)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(bǔ)了室內(nèi)試驗(yàn)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(xì)觀機(jī)理上對(duì)其進(jìn)行合理分析,目前國(guó)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(wú)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(shí)現(xiàn)了包括了凹多邊形在內(nèi)的不規(guī)則隨機(jī)多邊形顆粒模擬,研究了不同顆粒形狀對(duì)顆粒集合體力學(xué)特性的影響,并從細(xì)觀角度對(duì)其進(jìn)行了分析。以離散元數(shù)值分析軟件為工具對(duì)堆石體進(jìn)行研究時(shí),考慮到計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度和計(jì)算容量,對(duì)試樣的顆粒數(shù)目會(huì)有一定限制,通常無(wú)法完全按照給定級(jí)配生成顆粒。對(duì)此,常用的方法是將級(jí)配曲線中小于某一粒徑的細(xì)小顆粒采用該粒徑顆粒進(jìn)行等體積替換,該方法實(shí)際上改變了級(jí)配分布,導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算的結(jié)果會(huì)受到一定影響。本文基于二維離散元程序PFC2D,對(duì)同一級(jí)配曲線在不同最小粒徑處進(jìn)行截?cái)?并采用兩種壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn),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(duì)其模擬雙軸壓縮試驗(yàn),研究了最小粒徑截距對(duì)不規(guī)則形狀堆石體強(qiáng)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(shí)替換粒徑的選取提供了有效參考。由于受到試驗(yàn)儀器尺寸的限制,研究堆石體力學(xué)特性的室內(nèi)試驗(yàn)需要對(duì)堆石體材料進(jìn)行縮尺,縮尺后的試樣由于顆粒大小、形狀和級(jí)配組成均發(fā)生了改變,導(dǎo)致力學(xué)特性與原級(jí)配堆石料產(chǎn)生的差異即為縮尺效應(yīng)。采用室內(nèi)試驗(yàn)研究縮尺效應(yīng)需要耗費(fèi)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(yàn)很難保證試驗(yàn)條件完全相同,會(huì)對(duì)試驗(yàn)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(jí)配法對(duì)堆石料原級(jí)配進(jìn)行縮尺,研究了不同顆粒級(jí)配分布的分形特性。分別生成不考慮顆粒形狀的圓盤(pán)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(qiáng)度變形特性之間的差異,分析了顆粒形狀因素對(duì)試驗(yàn)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(duì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TV41

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李小梅;關(guān)云飛;凌華;武穎利;;考慮級(jí)配影響的堆石料強(qiáng)度與變形特性[J];水利水運(yùn)工程學(xué)報(bào);2016年04期

2 鐘文;潘堅(jiān)文;;堆石混凝土抗壓強(qiáng)度影響因素細(xì)觀分析[J];水力發(fā)電學(xué)報(bào);2016年05期

3 馬幸;周偉;馬剛;常曉林;;最小粒徑截距對(duì)顆粒體數(shù)值模擬的影響[J];中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2016年01期

4 嚴(yán)成增;鄭宏;孫冠華;葛修潤(rùn);;粗粒料多邊形表征及二維FEM/DEM分析[J];巖土力學(xué);2015年S2期

5 趙婷婷;周偉;常曉林;馬剛;馬幸;;堆石料縮尺方法的分形特性及縮尺效應(yīng)研究[J];巖土力學(xué);2015年04期

6 金磊;曾亞武;李歡;李晶晶;;基于不規(guī)則顆粒離散元的土石混合體大三軸數(shù)值模擬[J];巖土工程學(xué)報(bào);2015年05期

7 劉洋;李曉柱;吳順川;;多塊體形狀堆石體碾壓顆粒破碎數(shù)值模擬[J];巖土力學(xué);2014年11期

8 Xin Huang;Kevin J.Hanley;Catherine O'Sullivan;Fiona C.Y.Kwok;;Effect of sample size on the response of DEM samples with a realistic grading[J];Particuology;2014年04期

9 劉廣;榮冠;彭俊;侯迪;周創(chuàng)兵;;礦物顆粒形狀的巖石力學(xué)特性效應(yīng)分析[J];巖土工程學(xué)報(bào);2013年03期

10 馬剛;周偉;常曉林;周創(chuàng)兵;;堆石料縮尺效應(yīng)的細(xì)觀機(jī)制研究[J];巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào);2012年12期

，

本文編號(hào)：1506095