球顆粒流動與土壤破碎動力學的數(shù)值與試驗方法研究.pdf

1、顆粒流動和松散固體的破碎是工程中常見的物理現(xiàn)象，對相關的數(shù)值方法的研究有重要價值。對前者的研究很多，但是將數(shù)值模擬與試驗密切結(jié)合對模型進行定量化驗證的研究較少，而后者的研究則是巖土工程中的前沿問題。作者對上述兩個選題分別進行了半圓柱料倉內(nèi)顆粒流和切土動力學兩項研究。前者是顆粒離散元法的典型應用，后者是用可離散有限元法研究土體破裂破碎的初步探索。 在顆粒流方面，系統(tǒng)考察了球顆粒接觸力學離散元模型的可應用性，完成了如下研究：

2、 (1).將數(shù)值計算與試驗相結(jié)合，先后完成了顆粒摩擦系數(shù)測定、擬二維與三維球顆粒堆積試驗和相應的離散元模擬，初步證明了基于圓球接觸力學的離散元模型的可應用性。 (2).以球床式高溫氣冷核反應堆堆芯球流為背景，采用半圓柱形透明料倉進行了顆粒軌跡跟蹤和雙區(qū)球流的冷態(tài)非循環(huán)的模型試驗與DEM模擬，比較分析表明模擬與試驗結(jié)果吻合較好。進一步顯示了所用離散元模型直觀性好、準確度較高的優(yōu)點。 (3).在上述實踐基礎上，提出了一套DE

3、M模型數(shù)值計算與試驗相結(jié)合的方法，即通過試驗測定顆粒的某些必要模型參數(shù)，然后設定最簡單的基本問題進行試驗，通過DEM模擬比較驗證所用模型和算法的可應用性，在此基礎上對應用問題進行的離散元數(shù)值模擬才是可靠的。 在對推土鏟等模型部件的切土過程進行試驗和數(shù)值模擬方面，本文完成了如下研究： (4).利用自主研制的微型切土試驗臺和動態(tài)數(shù)據(jù)測量，采集系統(tǒng)完成了推土鏟、三面楔與鏵式犁的切土試驗，對切土部件的水平阻力和側(cè)向阻力進行了分析

4、，所得數(shù)據(jù)結(jié)果為以后的數(shù)值模擬提供了可靠的試驗數(shù)據(jù)。 (5).較全面地介紹了可離散有限元法(FE-DEM)的相關理論和算法，并首次利用ELFEN程序?qū)⒃摲椒☉糜谕仆羚P切土過程的模擬研究。所得土的破裂破碎形態(tài)與試驗大體符合，表明所用方法的可行性，對松散固體的破裂、破碎分析有重要意義。 論文的創(chuàng)新性表現(xiàn)在： (1)用試驗與數(shù)值計算相結(jié)合的方法系統(tǒng)考察了國際流行的基于接觸力學的球顆粒離散元模型，并證明其可應用性，提出