预拉脆性岩石动态直接拉伸断裂的宏细观力学模型

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作者 李晓照 闫怀蔚 +1 位作者 李连杰 戚承志 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期217-227,237,共12页

预拉应力作用下脆性岩石的动态直接拉伸破坏力学特性,对于深部岩石工程的安全稳定性评价具有重要意义。然而,由于预拉岩石的动力直接拉伸试验条件较为苛刻,该方面的试验研究相对欠缺,关于宏-细观力学机制的理论研究更是缺乏。基于准静... 预拉应力作用下脆性岩石的动态直接拉伸破坏力学特性,对于深部岩石工程的安全稳定性评价具有重要意义。然而,由于预拉岩石的动力直接拉伸试验条件较为苛刻,该方面的试验研究相对欠缺,关于宏-细观力学机制的理论研究更是缺乏。基于准静态直接拉伸荷载作用下的翼型裂纹扩展模型、准静态与动态断裂韧度关系模型、动静耦合的应变率与应变关系函数,通过引入与预拉应力相关的断裂韧度修正参数λ,提出了一个脆性岩石在预拉伸作用下动态直接拉伸破坏的本构关系模型,建立了预拉岩石动态断裂韧度增强效应与动态直接拉伸强度提升之间的联系。当预拉应力小于岩石内部裂纹启裂应力时,预拉应力的增大强化了脆性岩石的动态直接拉伸强度。通过比较轴向预拉应力σ_(1pre)与裂纹启裂应力σ_(1ci)的大小关系,将预拉岩石动态直接拉伸断裂本构关系分为3种工况。重点分析了预拉应力对脆性岩石力学特性影响,讨论了岩石初始状态参数(初始损伤、裂纹初始尺寸、角度)对预拉岩石力学特性影响。研究结果为深部地下工程施工与设计提供一定理论参考。 展开更多

关键词 脆性岩石 预拉应力 动态直接拉伸 本构关系 宏细观力学模型

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干湿循环脆性岩石直接拉伸断裂的宏细观力学模型 被引量：2

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作者 李晓照 车行 +1 位作者 李海峰 戚承志 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1906-1916,2049,共12页

针对三峡库区消落带等长期处于干湿循环条件下导致岩石损伤破坏的工程问题,探究在干湿循环和直接拉伸荷载共同作用下,脆性岩石的宏细观断裂力学特性这个难点问题。由于干湿循环条件下的直接拉伸试验较难实现,考虑干湿循环与直接拉伸荷... 针对三峡库区消落带等长期处于干湿循环条件下导致岩石损伤破坏的工程问题,探究在干湿循环和直接拉伸荷载共同作用下,脆性岩石的宏细观断裂力学特性这个难点问题。由于干湿循环条件下的直接拉伸试验较难实现,考虑干湿循环与直接拉伸荷载作用的宏细观力学关系模型非常欠缺。基于断裂力学理论方法,结合干湿循环试验研究方法,提出了一种干湿循环条件下脆性岩石直接拉伸断裂的宏细观力学模型。该模型是在考虑了干湿循环次数n与含水率ω对断裂韧度K_(IC)和初始损伤因子D_(0)综合影响的基础上,结合岩石初始细观裂纹损伤与裂纹断裂韧度的直接拉伸细观裂纹扩展力学模型建立的。对比分析抗拉强度、裂纹扩展极限长度l_(lim)、弹性模量、岩石劣化损伤的理论与试验结果,验证了模型的合理性。讨论了初始裂纹倾角φ、材料常数β等参数影响下,裂纹启裂应力及峰值应力随干湿循环次数n的变化规律。对比分析了干湿循环和单独含水条件对岩石劣化度力学特性的影响。 展开更多

关键词 脆性岩石 干湿循环 直接拉伸 断裂 宏细观力学模型

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脆性岩石渐进及蠕变失效特性宏细观力学模型研究 被引量：12

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作者 李晓照 邵珠山 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1391-1398,共8页

压应力作用脆性岩石渐进及蠕变失效特性是其力学性质研究的两个主要研究方向。其对于深部地下开挖围岩稳定性的判断有着重要的指导意义。岩石内部微裂纹扩展对脆性岩石的渐进及蠕变特性有着重要的影响。因此,基于岩石的应力与裂纹扩展... 压应力作用脆性岩石渐进及蠕变失效特性是其力学性质研究的两个主要研究方向。其对于深部地下开挖围岩稳定性的判断有着重要的指导意义。岩石内部微裂纹扩展对脆性岩石的渐进及蠕变特性有着重要的影响。因此,基于岩石的应力与裂纹扩展关系及裂纹扩张演化法则,并结合宏细观损伤定义之间的关系,提出了一个新的宏细观力学模型,推出了岩石完整的应力–应变关系与蠕变理论表达式。分析了围压对岩石的应力–应变关系的影响。研究了岩石内部初始微裂纹尺寸及裂纹间摩擦系数对应力应变关系及岩石强度的影响。并给出了不同围压下岩石裂纹初始应力与峰值应力,其对蠕变实验中的施加应力初始值选取提供了一定参考。然后,研究了恒定围压、轴压分级加载应力路径下的岩石蠕变应变及应变率变化趋势。通过试验结果验证了理论模型的合理性。进而,对压应力作用下细观裂纹扩展对岩石力学特性影响的理解提供了一定的理论参考。 展开更多

关键词 宏细观力学模型 应力-应变关系 蠕变 断裂 损伤

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基于宏细观统一本构模型的复合材料湿热应力分析 被引量：1

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作者 王德 金平 +1 位作者 谭晓明 万铖 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期389-394,共6页

基于有限体积直接平均方法(Finite-volume direct averaging micromechanics,FVDAM),建立了一种从复合材料细观到宏观的统一本构模型。根据均匀化方法和连续介质力学构建复合材料的宏细观相关矩阵,通过该矩阵将细观组分材料的损伤性能... 基于有限体积直接平均方法(Finite-volume direct averaging micromechanics,FVDAM),建立了一种从复合材料细观到宏观的统一本构模型。根据均匀化方法和连续介质力学构建复合材料的宏细观相关矩阵,通过该矩阵将细观组分材料的损伤性能传递到宏观复合材料中,计算了湿热环境中复合材料的细观应力场。结果表明:FVDAM采用子胞边界平均位移作为未知量,使本构模型中的未知量总数大为减小,相对提高了模型的效率,但这些方程都是建立在平均意义上的,因此预测的应力场存在一定的不连续性;湿热环境下,前期的吸湿有缓解热残余应力的作用,随着时间的增加,吸湿的影响逐渐超过热残余应力的影响。 展开更多

关键词 复合材料 宏细观统一本构模型 平均边界 湿热应力场

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基于改进颗粒模型的筒仓卸粮宏细观力学响应模拟研究 被引量：2

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作者 冯永 潘樊 刘杰 《中国粮油学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期103-110,共8页

离散元模拟常作为研究筒仓卸粮的方法,但由于在模拟中所用颗粒模型多为单一ball单元模型,使得模拟卸粮的颗粒内摩擦远小于真实实验情况,从而导致模拟结果与实验结果误差较大。本研究在已有离散元程序基础上,添加了黏度系数较大的微型颗... 离散元模拟常作为研究筒仓卸粮的方法,但由于在模拟中所用颗粒模型多为单一ball单元模型,使得模拟卸粮的颗粒内摩擦远小于真实实验情况,从而导致模拟结果与实验结果误差较大。本研究在已有离散元程序基础上,添加了黏度系数较大的微型颗粒来模拟粉尘,建立了一种改进颗粒模型。基于合理的物理实验,从卸粮过程的宏细观力学响应角度深入探究了改进颗粒模型相对于传统ball单元模型的优势,结果表明,改进颗粒模型的仓壁侧压力曲线振荡幅度更大,与实验情况更吻合。改进颗粒模型的模拟数据曲线与物理实验数据曲线更接近,仓壁动态侧压力曲线标准差相比传统ball单元减小了77.3%。剪切力与位移曲线的标准差相比传统ball单元的标准差减小了12.5%,拟合效果更好。 展开更多

关键词 改进颗粒模型 筒仓卸粮 离散元模拟 宏细观力学响应

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球形颗粒流数值模拟宏细观力学强度参数相关性研究 被引量：9

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作者 周玉县 梁亦垅 黄晓锋 《科学技术与工程》 北大核心 2015年第22期61-67,共7页

采用颗粒离散元方法研究岩土体的细观力学性质时,由于细观参数的选取具有一定的人为性和不确定性,如何确定宏、细观参数之间的关系是必须面临的难题。基于平行粘结模型,在大量数值三轴压缩试验基础上,建立了岩土颗粒材料三维细观参数(... 采用颗粒离散元方法研究岩土体的细观力学性质时,由于细观参数的选取具有一定的人为性和不确定性,如何确定宏、细观参数之间的关系是必须面临的难题。基于平行粘结模型,在大量数值三轴压缩试验基础上,建立了岩土颗粒材料三维细观参数(颗粒摩擦系数、颗粒接触刚度比、颗粒粘结强度、颗粒粘结强度比)与材料宏观力学强度参数(c,φ)的标定关系。结果表明:细观参数颗粒接触刚度比与颗粒摩擦系数对岩土颗粒材料的剪切强度参数(c,φ)影响较大,其他参数影响可忽略;采用多元非线性拟合方法,定量给出了相关细观参数与宏观剪切强度参数(c,φ)的计算公式;并通过一处于蠕滑状态的边坡力学状态对标定的参数准确性进行了验证。所建立的预测公式可为相关力学计算与数值模拟提供参数确定依据。 展开更多

关键词 颗粒流 宏细观力学 压缩试验 平行粘结模型 力学参数

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基于局部化渐进损伤效应的冻融荷载耦合作用下裂隙岩石本构模型

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作者 赵雁海 王研宇 +1 位作者 崔强 赵凯 《煤炭学报》 北大核心 2025年第S1期1-15,共15页

寒区裂隙岩石受到冻融循环和外部荷载的耦合作用,初始缺陷端部主次裂纹丛集渐进扩展影响下其本构关系表征更为困难。基于损伤局部化理论,将岩石宏观裂隙的萌生与扩展等效为尖端裂纹簇的增长过程,并综合考虑岩石细观冻融损伤的影响,得到... 寒区裂隙岩石受到冻融循环和外部荷载的耦合作用,初始缺陷端部主次裂纹丛集渐进扩展影响下其本构关系表征更为困难。基于损伤局部化理论,将岩石宏观裂隙的萌生与扩展等效为尖端裂纹簇的增长过程,并综合考虑岩石细观冻融损伤的影响,得到岩石宏细观渐进损伤变量。基于Weibull分布函数和M-C强度准则,构建了考虑局部化宏细观损伤效应的冻融裂隙岩石本构模型,并提出了模型参数的理论表达式。通过开展冻融循环条件下裂隙砂岩核磁共振损伤测试与单轴及三轴压缩试验,定量分析冻融循环次数与岩石孔隙度、损伤演化的关系,研究了冻融循环和围压对岩石渐进损伤力学特性的影响,验证了所建模型的合理性。研究结果表明:冻融循环导致岩石内部裂隙扩展与孔隙结构变化,显著降低岩石强度和刚度,建立的本构模型能够准确表征冻融受荷岩石变形破坏的全过程,并可以反映冻融循环和围压对岩石变形特性的影响;冻融循环过程中岩石细观损伤是由前期微孔隙的萌生和后期孔隙尺寸增长造成的,模型参数敏感性分析揭示了冻融循环和围压对岩石力学响应的影响,围压能有效抑制岩石宏观损伤的增长,而冻融循环次数的增加加速了岩石细观损伤的累积,导致岩石的峰值强度降低,岩石的延性降低且脆性逐渐显现,损伤修正系数η在描述岩石塑性变形与脆性破坏之间的过渡中起到了重要作用。为深入分析裂隙岩石在冻融环境下的损伤演化规律提供了理论参考。 展开更多

关键词 冻融循环 宏细观损伤 尖端裂纹簇 本构模型 岩石力学

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关于“基于宏细观损伤耦合的非贯通裂隙岩体本构模型”的讨论

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作者 郭豪 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期1923-1924,共2页

袁小清等的论文《基于宏细观损伤耦合的非贯通裂隙岩体本构模型》,（以下称为原文）于2015年10月刊发在《岩土力学》第36卷第10期上。原文对耦合损伤理论进行了非常有意义的讨论,笔者有几点疑问,故提出与作者袁小清商榷。笔者采用符号... 袁小清等的论文《基于宏细观损伤耦合的非贯通裂隙岩体本构模型》,（以下称为原文）于2015年10月刊发在《岩土力学》第36卷第10期上。原文对耦合损伤理论进行了非常有意义的讨论,笔者有几点疑问,故提出与作者袁小清商榷。笔者采用符号参数如无说明,则其含义与原文相同。 展开更多

关键词 本构模型 裂隙岩体 细观损伤 耦合 贯通 《岩土力学》 宏 损伤理论

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基于颗粒物质力学与连续介质热力学的岩土本构模型初探 被引量：3

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作者 孔亮 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第S2期1-6,共6页

首先简要介绍颗粒物质力学与模拟岩土材料本构特性的热力学方法,其次对力链及其对应的强弱网络的形成、力学特性与能量耗散特点与机制进行深入地分析,随后在Collins提出的土体热力学模型的基础上,考虑强弱网络结构的应力应变特征,引入... 首先简要介绍颗粒物质力学与模拟岩土材料本构特性的热力学方法,其次对力链及其对应的强弱网络的形成、力学特性与能量耗散特点与机制进行深入地分析,随后在Collins提出的土体热力学模型的基础上,考虑强弱网络结构的应力应变特征,引入合理的假设,探讨建立符合热力学原理的宏细观结合的岩土本构模型的思路与步骤。 展开更多

关键词 颗粒物质力学 连续介质热力学 岩土材料 本构模型 宏细观

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冻融荷载下节理岩体的复合损伤模型 被引量：8

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作者 陈松 乔春生 +1 位作者 叶青 冀少鹏 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期100-108,共9页

针对工程实际中的冻融受荷岩体,以岩石初始损伤状态为参考状态,将冻融与荷载作用引起的损伤视为细观损伤,节理引起的损伤视为宏观损伤,根据Lemaitre应变等效性假设,推导建立考虑宏细观缺陷的节理岩体复合损伤模型.应用该模型分析贯通率... 针对工程实际中的冻融受荷岩体,以岩石初始损伤状态为参考状态,将冻融与荷载作用引起的损伤视为细观损伤,节理引起的损伤视为宏观损伤,根据Lemaitre应变等效性假设,推导建立考虑宏细观缺陷的节理岩体复合损伤模型.应用该模型分析贯通率和冻融次数分别对岩体力学性质劣化的影响,结果表明:在贯通率一定时,损伤演化曲线随冻融次数的增加而增加,试验与理论峰值强度(或弹性模量)曲线随冻融循环次数增加而降低;在冻融次数一定时,损伤演化曲线与贯通率呈正相关关系,试验与理论峰值强度(或弹性模量)与贯通率呈负相关关系.说明贯通率与冻融次数对岩体的劣化产生一定影响,且饱和试验组受冻融效应较天然试验组力学性能劣化严重.将所建模型计算结果与试验值进行比较,理论曲线与试验曲线吻合良好,验证了所建模型的合理性与有效性. 展开更多

关键词 岩石力学 节理岩体 冻融循环 宏细观缺陷 损伤模型

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纤维增强钛基复合材料结构强度计算模型建立与修正方法 被引量：1

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作者 沙云东 黄靖轩 +1 位作者 骆丽 周颖 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期196-205,共10页

为了对SiC纤维增强钛基复合材料结构强度进行准确预测,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,对复合材料强度进行计算。建立了复合材料层合板的有限元仿真计算模型,对复合材料层合板在横向拉伸与压缩载荷作用下的损伤演化及失效强度进行预测,... 为了对SiC纤维增强钛基复合材料结构强度进行准确预测,基于宏-细观力学跨尺度分析方法,对复合材料强度进行计算。建立了复合材料层合板的有限元仿真计算模型,对复合材料层合板在横向拉伸与压缩载荷作用下的损伤演化及失效强度进行预测,并进行试验验证。建立细观力学代表体积元(RVE)模型,对模型施加周期性边界条件,实现横向拉、压载荷下基体的应力集中系数以及失效强度的计算。考虑结构实际受载中,复合材料的界面开裂对横向强度的影响,对模型进行修正,分析界面开裂的过程,计算修正后模型的应力集中系数以及失效强度,修正后的模型预测精度提升6.51%,与试验值误差为24.17%,验证了纤维增强复合材料强度计算方法的有效性。 展开更多

关键词 纤维增强复合材料 宏-细观力学 应力集中系数 结构强度 模型修正 界面开裂

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泥岩卸荷损伤-水次序作用下的劣化规律研究 被引量：3

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作者 王宇 夏厚磊 +1 位作者 茆苏徽 闫亮 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期385-395,共11页

工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物... 工程开挖建设导致软岩形成卸荷损伤,其在水-岩作用下的劣化特征与卸荷损伤程度密切相关。以巴东地区红层泥岩为研究对象,设计进行了泥岩卸荷损伤模拟试验,随后对卸荷损伤泥岩试样进行水-岩作用试验,结果显示:卸荷损伤导致泥岩局部矿物颗粒形态破坏、微裂缝发育,在后续水-岩作用下颗粒间胶结程度持续弱化,孔隙、裂缝进一步扩展。宏细观参数随水-岩作用时间的增长,其中质量m呈现先上升后骤然下降再趋于稳定的趋势,纵波波速P呈现先减少后上升的趋势,体积应变εv呈现逐渐增大的趋势,分形维数K呈逐渐增长的趋势;且各参数的增长速率均随卸荷损伤程度D的增大呈幂函数增加,当D≥0.49时,各参数的增长速率急剧增大;确定以质量、纵波波速、体积应变和分形维数作为与水反应系统的变量,并运用非线性动力学理论建立了水-岩作用下的泥岩劣化模型,并验证了模型的合理性。研究结果表明所建模型能表征卸荷损伤泥岩在水-岩作用下的宏细观特征参数变化趋势提供一定理论参考。 展开更多

关键词 卸荷损伤 水-岩作用 宏细观参数 劣化规律 非线性动力学模型

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三维机织复合材料的连接性能与失效机制

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作者 张茜 张一帆 +7 位作者 邹齐 张鹏 焦亚男 安柳絮 刘燕峰 张代军 郝俊杰 陈利 《复合材料科学与工程》 CAS 北大核心 2024年第9期5-11,66,共8页

为了研究织物结构对三维机织复合材料连接性能的影响,设计了多层多向机织结构和层联机织结构复合材料,建立了开孔连接结构宏细观耦合分析模型,揭示了三维机织复合材料连接失效机制。研究表明:±45°纱所占的比例对复合材料机械... 为了研究织物结构对三维机织复合材料连接性能的影响,设计了多层多向机织结构和层联机织结构复合材料,建立了开孔连接结构宏细观耦合分析模型,揭示了三维机织复合材料连接失效机制。研究表明:±45°纱所占的比例对复合材料机械连接的挤压强度具有重要影响,±45°纱线的引入,可以提高承载纱线的含量,能够有效改善孔边的应力集中现象;多层多向机织复合材料主要发生0°纱、90°纱和斜向纱的横纵向的损伤,损伤最初发生在孔边并逐渐扩展且呈对称分布,载荷的传递方向和损伤的传播方向呈现角度的特征。 展开更多

关键词 三维机织复合材料 开孔连接 宏细观耦合模型 力学行为 失效机制

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纤维增强金属基复合材料弹塑性行为分析 被引量：5

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作者 雷友锋 宋迎东 高德平 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2003年第6期982-985,1002,共5页

在分析复合材料宏、细观场量之间联系的基础上 ,基于复合材料细观结构周期性假设 ,选取适当的代表性体积元 ,采用弱化的边界连续性与周期性条件 ,通过对细观力学方程的建立与求解 ,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏、细观统一力学模... 在分析复合材料宏、细观场量之间联系的基础上 ,基于复合材料细观结构周期性假设 ,选取适当的代表性体积元 ,采用弱化的边界连续性与周期性条件 ,通过对细观力学方程的建立与求解 ,建立了一种纤维增强金属基复合材料宏、细观统一力学模型。该模型建立起了宏、细观场量的联系 ,获得了宏观应力 -应变关系。试验及理论计算表明 ,该模型能够较好地预测复合材料宏观弹塑性性能。利用该模型分析了复合材料宏观弹塑性应力 -应变响应以及细观几何结构特征对宏观弹塑性性能的影响。此外 ,将该模型与常规的结构分析方法 (如有限元法 )相结合 ,能够开展对金属基复合材料结构的弹塑性行为分析。 展开更多

关键词 金属基复合材料 弹塑性性能 宏、细观统一力学模型 代表性体积元

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推土板表面形态对土壤动态行为影响的离散元模拟 被引量：30

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作者 张锐 李建桥 +1 位作者 周长海 许述财 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第9期13-19,共7页

土壤行为的变化过程直接受触土部件结构的影响,研究不同表面推土板作用下土壤动态行为的变化规律和影响因素对于触土部件的优化设计具有重要意义。根据液桥对土壤微观力学结构的影响,在传统离散单元法理论的基础上,建立了土壤颗粒接触... 土壤行为的变化过程直接受触土部件结构的影响,研究不同表面推土板作用下土壤动态行为的变化规律和影响因素对于触土部件的优化设计具有重要意义。根据液桥对土壤微观力学结构的影响,在传统离散单元法理论的基础上,建立了土壤颗粒接触非线性力学模型,并对光滑和波纹形表面形态推土板前端土壤的动态行为进行了离散元模拟。结果表明:离散元模拟不仅准确再现了实验中表面形态对板面前端土壤动态行为影响的定性和定量结果,而且通过离散元细观分析从土壤内部土壤颗粒运动合理解释了土壤宏观形态的变化规律以及推土板表面形态对土壤动态行为的影响,即波纹形表面使板面前端土壤波动频率变大,而波动幅度变小。该研究为土壤-机械相互作用分析提供了新的研究思路和手段。 展开更多

关键词 离散单元法 土壤动态行为 非线性力学模型 宏细观模拟 推土板表面形态

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