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Micromechanical modeling of asphalt concrete fracture using a user-defined three-dimensional discrete element method 被引量:4
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作者 陈俊 汪林兵 黄晓明 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2012年第12期3595-3602,共8页
A user-defined micromechanical model was developed to investigate the fracture mechanism of asphalt concrete (AC) using the discrete element method (DEM). A three-dimensional (3D) AC beam was built using the "F... A user-defined micromechanical model was developed to investigate the fracture mechanism of asphalt concrete (AC) using the discrete element method (DEM). A three-dimensional (3D) AC beam was built using the "Fish" language provided by PFC3D and was employed to simulate the three-point bending beam test at two temperature levels: -10 ℃ and 15℃. The AC beam was modeled with the consideration of the microstructural features of asphalt mixtures. Uniaxial complex modulus test and indirect tensile strength test were conducted to obtain material input parameters for numerical modeling. The 3D predictions were validated using laboratory experimental measurements of AC beams prepared by the same mixture design. Effects of mastic stiffness, cohesive and adhesive strength on AC fracture behavior were investigated using the DEM model. The results show that the 3D DEM fracture model can accurately predict the fracture patterns of asphalt concrete. The ratio of stress at interfaces to the stress in mastics increases as the mastic stiffness decreases; however, the increase in the cohesive strength or adhesive strength shows no significant influence on the tensile strength. 展开更多
关键词 asphalt concrete fracture behavior MICROMECHANICS discrete element method three-dimensional simulation
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烟丝离散元接触参数标定及其破碎模型构建 被引量:2
2
作者 李光 李紫迪 《沈阳农业大学学报》 北大核心 2025年第1期59-72,共14页
[目的]针对目前烟丝颗粒仿真中离散元接触参数缺乏、破碎模型空缺的问题,进行烟丝接触参数标定,构建烟丝破碎模型,并进行破碎参数标定。[方法]以烟丝为研究对象,构建烟丝离散元接触模型,结合Plackett-Burman试验设计和Box-Behnken试验... [目的]针对目前烟丝颗粒仿真中离散元接触参数缺乏、破碎模型空缺的问题,进行烟丝接触参数标定,构建烟丝破碎模型,并进行破碎参数标定。[方法]以烟丝为研究对象,构建烟丝离散元接触模型,结合Plackett-Burman试验设计和Box-Behnken试验设计确定烟丝各项物理参数,其中烟丝颗粒泊松比、烟丝间恢复系数、烟丝间静摩擦系数、烟丝间滚动摩擦系数、烟丝与设备恢复系数、烟丝与设备静摩擦系数、烟丝与设备动摩擦系数及烟丝剪切模量的最优值分别为0.35,0.35,0.49,0.03,0.35,0.44,0.12,5.75×10^(6)Pa;构建烟丝破碎模型,通过重球跌落试验标定破碎模型的主要参数,其中黏结半径0.216 mm、单位法向刚度4.62×10^(10)N·m^(-3)、单位切向刚度1.62×10^(10)N·m^(-3)、临界法向力5.10×10^(10)Pa、临界切向力1.89×10^(10)Pa,并通过单轴压缩试验进一步验证破碎参数的有效性。[结果]在烟丝离散元接触参数标定中,数值模拟与试验结果相对误差平均值为2.9%,烟丝离散元接触参数标定精确;在烟丝破碎模型的参数标定中,重球跌落的数值模拟与试验结果相对误差平均值为0.82%,单轴压缩的数值模拟与试验结果相对误差平均值为4.53%,烟丝破碎模型可靠。[结论]研究结果可为探究烟丝造碎提供有效模型参考。 展开更多
关键词 烟丝 离散元 虚拟标定 破碎模型 数值模拟
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基于DEM-PPM方法的非球形颗粒流动特性
3
作者 陈巨辉 张谦 +6 位作者 李丹 李魏康 陈轲 周欢 ZHURAVKOV Michael LAPATSIN Siarhel 姜文锐 《化工进展》 北大核心 2025年第6期3382-3392,共11页
将颗粒形状简化为球形进行模拟会导致模拟与实际情况相差较大,多面体法(polyhedral particle method,PPM)能够提供更准确的几何表示和碰撞检测,基于离散单元法(discrete element method,DEM)耦合PPM法对非球形颗粒建模,结合非球形Ganse... 将颗粒形状简化为球形进行模拟会导致模拟与实际情况相差较大,多面体法(polyhedral particle method,PPM)能够提供更准确的几何表示和碰撞检测,基于离散单元法(discrete element method,DEM)耦合PPM法对非球形颗粒建模,结合非球形Ganser曳力系数耦合Di Felice曳力模型,采用适用于非球形颗粒的Di Felice-Ganser曳力模型。本文基于DEM-PPM方法模拟非球形颗粒在鼓泡流化床内的流动并分析其运动特性。对比非球形颗粒与球形颗粒在流化床中的运动过程,得到非球形颗粒和球形颗粒的颗粒数量、颗粒速度及颗粒旋转速度的分布,并计算各时刻的Lacey混合指数。结果表明,圆柱颗粒床层高度大于球形颗粒的床层高度,且圆柱颗粒的旋转速度远高于球形颗粒旋转速度。在球形颗粒的运动过程中,颗粒分布较为均匀,而在圆柱颗粒的运动过程中,颗粒更易于聚集。随着流化床高度的增加,圆柱颗粒的速度和旋转速度逐渐增大。圆柱颗粒在两侧分布较多,且两侧颗粒具有较大的速度与旋转速度。流化床中各层圆柱颗粒数量到达一定数量造成颗粒堆积后,随着颗粒数量的增加,颗粒速度和颗粒旋转速度减小,颗粒所受曳力增大。气泡的产生和破碎会促进圆柱颗粒混合,圆柱颗粒在流化床内混合效果较好。 展开更多
关键词 多面体法 非球形颗粒 离散单元法 鼓泡流化床 数值模拟
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柔性环连网多重非线性DEM分析法
4
作者 余志祥 刘键 田永丁 《计算力学学报》 北大核心 2025年第1期122-129,共8页
针对防落石柔性网系统的多体动力学计算难题,提出了一种用于环连网多重非线性分析的离散元分析方法。开展了12组单环准静态拉伸试验,获得了网环拉伸受力全过程的力-位移曲线,明确了多种钢丝缠绕圈数条件下钢丝环的拉弯临界荷载、破断力... 针对防落石柔性网系统的多体动力学计算难题,提出了一种用于环连网多重非线性分析的离散元分析方法。开展了12组单环准静态拉伸试验,获得了网环拉伸受力全过程的力-位移曲线,明确了多种钢丝缠绕圈数条件下钢丝环的拉弯临界荷载、破断力、破断变形及破断能量。据此,确定了离散元模型的等效物理参数,并考虑了钢丝环套接区域的压扁软化和拉弯复合受力特性,标定了网环单元离散元模型的Bond键拉弯刚度控制参数,解决了环网单元的弯-拉协调等效难题。建立了密集套结的环连网离散元模型,并开展了环连网顶破全过程的数值模拟,结合环连网部件试验结果进行了比较分析。研究表明,环连网离散元分析方法准确模拟了钢丝环单元的弯-拉大变形受力特征及接触区域拉、弯、压复合受力破断模式;同时再现了环连网部件顶破全过程的接触滑动、塑性变形及冲切破坏等关键物理现象;离散元模型的破断力峰值、破断变形、拉伸刚度、弯曲刚度等关键结果均与试验吻合,验证了方法的合理性与可靠性。研究成果为柔性防护工程多重非线性精确量化分析提供了新途径。 展开更多
关键词 防护工程 环连网 离散元方法 拉伸试验 数值模拟
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国产高性能离散元软件MatDEM的研发与应用
5
作者 刘春 杨泽荣 刘辉 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第5期997-1004,共8页
离散元法(DEM)能够有效模拟岩土体的非连续性与大变形破坏过程,在工程领域具有广泛的应用前景。然而,离散元法在工程应用中面临三大核心挑战:精确建模难度大、多场耦合理论不完善以及计算效率低下。针对这些问题,国产高性能离散元软件Ma... 离散元法(DEM)能够有效模拟岩土体的非连续性与大变形破坏过程,在工程领域具有广泛的应用前景。然而,离散元法在工程应用中面临三大核心挑战:精确建模难度大、多场耦合理论不完善以及计算效率低下。针对这些问题,国产高性能离散元软件MatDEM实现了以下创新突破:基于岩土体跨尺度建模方法与离散元宏微观转换公式,开发了离散元材料自动训练技术,显著降低了精确建模的复杂度;提出了离散元孔隙密度流法,实现了多场、流固耦合与溶质运移一体化数值模拟;采用原创的矩阵离散元计算法,高效处理数百万颗粒的大规模数值模拟。目前,MatDEM已集成前处理、求解、后处理及扩展模块等核心功能,形成了完善的软件生态系统。经过十余年的持续研发与优化,软件已成功应用于地质灾害、岩土工程、矿业工程及油气开采等领域。未来,将通过持续深化软件的工程场景适配能力,为我国防灾减灾与工程设计提供强有力的技术支撑。 展开更多
关键词 MatDEM 离散元法 数值模拟 多场耦合 工程应用
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基于水稻钵苗根系生长模拟的钵体根-土复合体离散元模型研究
6
作者 辛亮 李泽泽 +2 位作者 庄智圆 王航 朱轩卫 《农业机械学报》 北大核心 2025年第7期128-138,共11页
针对目前缺乏水稻钵苗多株根系交织于基质形成独立钵体复合体基础模型研究的问题,同时为后续开展水稻钵苗移栽机构栽植过程探究机械-钵体互作规律提供理论基础,本文依据水稻钵苗根系物理机械特性与生长规律,提出了一种基于Matlab根系数... 针对目前缺乏水稻钵苗多株根系交织于基质形成独立钵体复合体基础模型研究的问题,同时为后续开展水稻钵苗移栽机构栽植过程探究机械-钵体互作规律提供理论基础,本文依据水稻钵苗根系物理机械特性与生长规律,提出了一种基于Matlab根系数值模拟生长的水稻钵苗钵体复合体离散元模型建立方法。通过破坏性检测对移栽期水稻钵苗根系的几何形态与根系拓扑关系及基质相关参数进行测量与分析,结合钵盘边界因素及根-根、根-钵盘间交互生长特性,建立水稻根系生长规律相关特性函数,并通过Matlab程序设计获取水稻钵苗根系生长拓扑轨迹。利用分割排序法求解完整粒子中心坐标,依托EDEM软件平台分别将所建立的水稻钵苗根-基质离散元几何模型与EdinBurgh Elasto-Plastic Adhesion with Bonding接触力学模型结合,实现水稻钵苗钵体复合体离散元模型的建立。开展水稻钵苗钵体压缩和剪切试验对比研究,结果表明,仿真结果与试验结果趋向保持一致,误差满足相关要求,验证了水稻钵苗钵体复合体离散元模型的可行性。 展开更多
关键词 水稻钵苗 根系生长数值模拟 离散元 根-土复合体
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基于离散元的有砟道床不同加固措施研究
7
作者 栗振锋 孙志鹏 李婕 《农业装备与车辆工程》 2025年第5期84-89,共6页
为探究不同加固措施的作用机理和适用环境,基于离散元法(DEM)建立了三维有砟道床道砟箱模型,在此基础上,分析了道砟胶与道砟垫两种加固措施的作用机理及对有砟道床道砟颗粒运动模式、接触力以及轨枕运动的影响。研究表明:高频振动会加... 为探究不同加固措施的作用机理和适用环境,基于离散元法(DEM)建立了三维有砟道床道砟箱模型,在此基础上,分析了道砟胶与道砟垫两种加固措施的作用机理及对有砟道床道砟颗粒运动模式、接触力以及轨枕运动的影响。研究表明:高频振动会加剧道砟颗粒的重新分布与轨枕沉降,道砟胶和道砟垫两种加固手段对抑制道床性能劣化均有显著效果,能够有效延缓轨枕位移累积速率;道砟胶主要通过粘结作用约束颗粒运动使位移分布均匀化,在高频下依然能保持良好的加固效果;道砟垫则通过界面摩擦与弹性支撑抑制颗粒相对位移,效果在高频加载模式下略有衰减;高频振动主导的铁路区段更适合使用道砟胶加固,低频荷载场景中道砟垫的表现更好。 展开更多
关键词 道砟 有砟道床 离散元法 数值模拟 道床加固
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多滑脱层对大巴山前陆褶皱冲断带构造变形的控制:基于离散元数值模拟研究 被引量:3
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作者 张晓玉 李江海 +2 位作者 豆方鹏 徐海轩 柳晨 《地质学报》 北大核心 2025年第3期733-743,共11页
大巴山前陆褶皱冲断带处于秦岭造山带和四川盆地间的过渡位置,是现今四川盆地大中型油气藏探明储量的重要分布区域。研究区位于四川盆地东北部大巴山构造带,区内发育多套滑脱层,滑脱层的分布控制了研究区的构造变形。前人依据地质露头... 大巴山前陆褶皱冲断带处于秦岭造山带和四川盆地间的过渡位置,是现今四川盆地大中型油气藏探明储量的重要分布区域。研究区位于四川盆地东北部大巴山构造带,区内发育多套滑脱层,滑脱层的分布控制了研究区的构造变形。前人依据地质露头分析和三维地震解释等技术方法厘定了研究区的主要构造样式,但对于构造变形过程及运动学特征尚缺乏定量化分析。本文采用离散元数值模拟方法,通过PFC2D软件计算相同时间步长内显示的构造样式的差异,设计了单滑脱层体系、双滑脱层体系和多滑脱层体系三个模型进行离散元单因素对比模拟实验,探讨各滑脱层体系中构造样式的差异。实验表明:①滑脱层对于剖面中构造的发育具有控制作用。一方面,从断层的发育数量来看,双滑脱层体系与多滑脱层体系中断层的发育数量均多于单滑脱层体系,滑脱层的引入使得体系中的构造发育更加复杂;另一方面,从发育的断层性质分析可知,随着滑脱层数量的增加,体系中前冲断层数量呈递增趋势,反冲断层的数量在多滑脱层体系中表现为少于前两个模型,且明显少于双滑脱层体系中反冲断层的数量,中间滑脱层对于形成反冲断层具有抑制作用。②滑脱层的引入加快了断层在垂向上的逆冲速度,中间滑脱层起到了联结基底滑脱层和上部滑脱层的作用。双滑脱层体系中普遍存在构造解耦现象,多滑脱层体系中以发育次级断层和次级褶皱为主要特征。③多滑脱层体系表现了明显的次级褶皱及次级断层特征,与大巴山东段剖面较为贴合,双滑脱层体系表现为具有较多构造解耦特征,与西段剖面较为贴合。 展开更多
关键词 大巴山前陆褶皱冲断带 构造变形 滑脱层 离散元数值模拟
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徐州粉土三轴压缩特性及二维离散元数值模拟
9
作者 蔡韩 刘宏 +2 位作者 向喜琼 王文俊 李麟玮 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第6期214-226,共13页
【目的】徐州粉土分布广泛,为了解其三轴压缩特性,给工程建设提供参数依据,【方法】对取自徐州地铁一号线的粉土,进行常规三轴压缩试验,不断施加轴向压力直到土体破坏,将整个试验过程看作是外加荷载对土体的做功过程。在此基础上,采取... 【目的】徐州粉土分布广泛,为了解其三轴压缩特性,给工程建设提供参数依据,【方法】对取自徐州地铁一号线的粉土,进行常规三轴压缩试验,不断施加轴向压力直到土体破坏,将整个试验过程看作是外加荷载对土体的做功过程。在此基础上,采取数值模拟方法,对徐州粉土的三轴试验过程进行模拟。【结果】结果显示:粉土峰值强度、残余强度和变形模量均随围压增大而增大;不同围压下均表现为剪切破坏,低围压下橡皮膜扭曲更明显。各类裂纹均逐渐增加,试样微裂纹在应力达到峰值时开始激增,剪裂纹占比逐渐增加;加载初期,荷载做功几乎完全转化为应变能,整个过程中应变能先增大后减小,摩擦能和阻尼能则一直增大至模型破坏;应变能、摩擦能与阻尼能之和约占边界能的60%,且随轴向应变增速变化与粉土应力-应变曲线关系密切。【结论】结果表明:数值模拟结果与室内试验结果很好吻合;剪切裂纹主导了粉土的最终破坏;根据能量变化将粉土三轴压缩过程破坏模式划分为峰值前的孔隙压密、弹性变形和塑性变形三个阶段,及峰值后的加速破坏和强度剩余两个阶段。然而随着围压的增大,峰后加速破坏和强度剩余阶段可能会消失。 展开更多
关键词 粉土 三轴压缩 离散元方法 微裂纹演化 能量演化 破坏阶段 数值模拟 影响因素
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锥形料仓稻种颗粒卸料力学行为及其结拱堵塞概率分析
10
作者 陈林涛 王俊 +3 位作者 陈睿 牟向伟 王敏娜 马旭 《农业工程学报》 北大核心 2025年第17期317-327,共11页
为探明锥形料仓内稻种卸料中的颗粒流动机理,该研究通过建立“锥形料仓-稻种”离散元模型,分析了稻种颗粒在料仓喂料区不同区域的平动与旋转力学行为,量化了卸料中稻种的姿态、颗粒群内部压力及堵塞概率。仿真结果表明,随着卸料进行,稻... 为探明锥形料仓内稻种卸料中的颗粒流动机理,该研究通过建立“锥形料仓-稻种”离散元模型,分析了稻种颗粒在料仓喂料区不同区域的平动与旋转力学行为,量化了卸料中稻种的姿态、颗粒群内部压力及堵塞概率。仿真结果表明,随着卸料进行,稻种颗粒平动速度在径向呈轴对称分布,在轴向上料仓上部稻种平动速度较大,料仓中下部近壁区颗粒平动速度降低。稻种颗粒角速度在卸料口处达到最大值,在整体流区域,近壁区角速度略低于中心流区域。在卸料口及近壁区,稻种颗粒的滚动贡献指数较大,表明此处颗粒因旋转产生的相对切向速度占比较高。料仓上部的稻种颗粒姿态多趋近水平,随颗粒下落,料仓中部颗粒姿态逐渐趋近垂直。通过料仓稻种颗粒的堵塞概率研究,计算堵塞拱特征参数及不同堵塞拱上稻种颗粒个数对应的堵塞概率。结果表明,在相同喂料口和卸料口宽度条件下,选择“上凸”拱模型计算的理论堵塞概率较“非上凸”拱模型更接近模拟堵塞概率。增大喂料口宽度可提高颗粒群流量,堵塞概率与颗粒群流量仍呈负相关;当颗粒群流量不小于31.78 g/s时,理论堵塞概率与模拟堵塞概率的差值小于0.3%。该研究结果可为解决物料输送与储存中的堵塞问题、优化料仓结构参数、提高料仓有效利用率提供理论依据。 展开更多
关键词 农业机械 料仓 离散元法 卸料 数值模拟 堵塞概率
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基于离散元模拟的滑坡碎屑流导向拦挡墙布置形式研究
11
作者 段元杰 刘要来 +2 位作者 刘东 路瑞利 位伟 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第7期188-195,共8页
高速远程滑坡是一种破坏性强,影响范围广的地质灾害现象。为避免人员伤亡和经济损失,需在滑坡易发区设置防护措施,目前对碎屑流防护措施的研究多侧重于拦停能力和提高拦挡墙结构强度,很少考虑拦挡结构的运动导向功能。以赵家沟滑坡为例... 高速远程滑坡是一种破坏性强,影响范围广的地质灾害现象。为避免人员伤亡和经济损失,需在滑坡易发区设置防护措施,目前对碎屑流防护措施的研究多侧重于拦停能力和提高拦挡墙结构强度,很少考虑拦挡结构的运动导向功能。以赵家沟滑坡为例,采用离散元方法对碎屑流运动过程中拦挡结构的导向调控过程进行数值模拟,研究导向拦挡结构的布置形式对居民区的防护效果,并对分流挡墙在整个过程中所起的调节作用进行分析。结果表明,布置导向拦挡结构可以有效避免滑坡体流经人员活动区域,起到较好的防护作用。另外,设置分流挡墙将碎屑流分成多股并辅助导向,可以更好地控制碎屑流的速度,降低主要导向挡墙所受的冲击力,进一步降低碎屑流颗粒翻越挡墙的可能,达到更好的导向拦护效果。 展开更多
关键词 高速远程滑坡 颗粒流 离散元方法 数值模拟 导向拦挡墙
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密度对谷物混合颗粒分层影响的分析
12
作者 张妍 王子谦 +2 位作者 张延 胡欣宇 赵湛 《农机化研究》 北大核心 2025年第4期35-41,49,共8页
采用离散元模拟了垂直振动下具有相同尺寸、不同密度的谷物混合颗粒分层过程,结果表明:小密度颗粒倾向于向上运动形成单一颗粒层,而大密度颗粒与部分小密度颗粒停留在单一颗粒层下,组成混合状态。为此,提出相应评价指标,定量描述混合物... 采用离散元模拟了垂直振动下具有相同尺寸、不同密度的谷物混合颗粒分层过程,结果表明:小密度颗粒倾向于向上运动形成单一颗粒层,而大密度颗粒与部分小密度颗粒停留在单一颗粒层下,组成混合状态。为此,提出相应评价指标,定量描述混合物分层程度,并讨论了混合颗粒密度比对分层速度的影响。结合混合物分层中空隙填充及动能理论,分析了密度影响分层机理,结果表明:在不同密度谷物混合颗粒分层过程中,随密度比增加小密度颗粒组成的单一颗粒层厚度增加并趋于饱和;混合层占总层数比率随密度比增加而减少并趋于稳定;颗粒分层速度随着密度比增加而增加,当密度比大于10时密度比对分层速度影响减弱;在混合物分层过程中,大密度颗粒较为活跃,且动能大于小密度颗粒的动能。 展开更多
关键词 谷物 颗粒分层 密度 数值模拟 离散元法
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基于亚临界裂纹扩展的岩石蠕变−冲击变形破裂特征
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作者 张广超 周泽森 +5 位作者 周广磊 徐涛 Heinz KONIETZKY 赵西坡 黄贺 刘宇航 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1527-1540,共14页
在深部资源开采过程中,深部岩石长期承受高应力及动载扰动,冲击地压、岩爆等动力灾害频发,严重制约了深部资源的安全高效生产。为研究深部岩石在蠕变和冲击载荷共同作用下的变形破坏机制,基于亚临界裂纹扩展理论及断裂力学理论建立了岩... 在深部资源开采过程中,深部岩石长期承受高应力及动载扰动,冲击地压、岩爆等动力灾害频发,严重制约了深部资源的安全高效生产。为研究深部岩石在蠕变和冲击载荷共同作用下的变形破坏机制,基于亚临界裂纹扩展理论及断裂力学理论建立了岩石蠕变模型,通过统一时间尺度的方式实现了蠕变和冲击2个不同应变率范围载荷的统一求解,并基于二维块体离散元软件UDEC开发了岩石在蠕变和冲击共同作用下的数值模型,在验证该模型的基础上,研究了不同蠕变应力水平和不同冲击载荷对岩石变形破裂特征的影响。研究表明:基于亚临界裂纹扩展理论的岩石蠕变-冲击模型能较好地描述岩石初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变3个阶段,且该数值模型可以准确地模拟冲击载荷后蠕变应变增加及蠕变破坏时间缩短的效应;随着亚临界裂纹常量B增大或应力腐蚀指数n减小,岩石稳态蠕变阶段应变率增大,岩石稳态蠕变阶段及蠕变破坏寿命缩短;随着蠕变应力水平的增加,岩石瞬时弹性应变及稳态蠕变阶段相同冲击载荷引起的瞬时应变随蠕变应力水平的增加而增加,且岩石在蠕变和冲击的作用下的破坏时间具有明显的非线性特征;随着冲击载荷增加,岩石的瞬时应变明显增大,在高冲击载荷下具有更快的增长率,且岩石失稳破坏时间随冲击载荷的变化差异明显,在高冲击载荷下,岩石试样失稳破坏时间明显缩短。 展开更多
关键词 亚临界裂纹扩展 蠕变 冲击 离散元数值模拟 破裂模式
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三峡库区轿顶峰^(#)1岸坡失稳过程及涌浪风险研究
14
作者 罗鹏 许万忠 +3 位作者 蒲文 唐有宁 宋健 任亮 《水电能源科学》 北大核心 2025年第3期65-68,50,共5页
三峡库区岸坡失稳造成的涌浪对码头及通航船舶的安全造成极大威胁,因此对轿顶峰^(#)1岸坡进行失稳过程分析及失稳造成的涌浪程度研究对防控涌浪灾害十分必要。采用离散元法分析岸坡极限平衡状态,再将极限平衡状态下的参数折减以进一步... 三峡库区岸坡失稳造成的涌浪对码头及通航船舶的安全造成极大威胁,因此对轿顶峰^(#)1岸坡进行失稳过程分析及失稳造成的涌浪程度研究对防控涌浪灾害十分必要。采用离散元法分析岸坡极限平衡状态,再将极限平衡状态下的参数折减以进一步研究岸坡的失稳过程;基于岸坡失稳过程模拟得到的相关边界条件采用FLOW-3D数值模拟软件对其在145、175 m两种水位工况下进行涌浪的预测及研究。结果表明,轿顶峰^(#)1岸坡经过滑移—溃屈破坏后整体形成碎屑流,碎屑沿岸坡滑入长江航道产生涌浪;涌浪在145 m水位工况下最大浪高约7.4 m,青石旅游码头最大爬高约4.7 m,在175 m水位工况下最大浪高约3.9 m,青石旅游码头最大爬高约3.4 m,两种工况下白鸶鹭与培石处涌浪爬高均不超过0.4 m。主要的潜在危害区为长江航道与青石旅游码头。 展开更多
关键词 涌浪 数值模拟 UDEC离散元软件 三峡库区 FLOW-3D
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颗粒形状对砂土剪切特性影响的试验和数值分析
15
作者 黄良 曹杰 +1 位作者 邓清禄 刘鑫 《安全与环境工程》 北大核心 2025年第3期90-100,共11页
天然砂土颗粒形状复杂多变,形状要素对其力学特性的影响机制尚不明确。为了探究颗粒形状对砂土剪切特性的影响规律并揭示其微观机理,开展了不同颗粒形状砂土试样的室内三轴试验和离散元数值模拟试验。室内三轴试验结果表明:在孔隙比相... 天然砂土颗粒形状复杂多变,形状要素对其力学特性的影响机制尚不明确。为了探究颗粒形状对砂土剪切特性的影响规律并揭示其微观机理,开展了不同颗粒形状砂土试样的室内三轴试验和离散元数值模拟试验。室内三轴试验结果表明:在孔隙比相近的情况下,颗粒形状不规则砂土试样易发生应变硬化现象,而颗粒形状规则砂土试样易发生应变软化现象,当砂土试样形状规则程度降低时,其在应力路径q-p′曲线内的临界状态线将逆时针旋转,即形状越不规则其临界状态摩擦角增大,且其在e-logp′平面内的临界状态线将向下移动。离散点数值模拟结果表明:试样密实度相同时,试样的偏应力峰值强度、偏应力峰值应变以及超孔压峰值应变均随颗粒形状不规则程度的增大而增大;在微观参数层面,不同颗粒形状试样中颗粒间的力链分布及强力链占比、配位数和接触滑动率存在差异,这可能是造成不同试样间力学差异的原因。该研究成果可为无黏性土坡的稳定性分析、地基承载力计算提供参考。 展开更多
关键词 砂土 颗粒形状 剪切特性 三轴试验 离散元数值模拟
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考虑粒子间碰撞的超音速火焰喷涂粒子飞行与沉积行为的数值分析
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作者 林国锭 丁坤英 +1 位作者 樊金虎 姬赟 《表面技术》 北大核心 2025年第19期225-235,共11页
目的考虑粒子间碰撞对粒子飞行行为的影响,研究超音速火焰喷涂过程中粒子飞行行为。方法建立超音速火焰喷涂流场中WC-10Co4Cr粒子飞行的CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)模型,通过实验和有限元分析,研究... 目的考虑粒子间碰撞对粒子飞行行为的影响,研究超音速火焰喷涂过程中粒子飞行行为。方法建立超音速火焰喷涂流场中WC-10Co4Cr粒子飞行的CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)模型,通过实验和有限元分析,研究粒子飞行速度和温度特征以及撞击基板时的沉积行为。随后应用该模型研究不同粒径粒子的飞行行为,并结合热喷涂粒子状态和涂层高度分布,测量分析粒径分布对飞行和沉积行为的影响。结果利用考虑粒子间碰撞的DEM模型计算粒子沉积时的平均速度为658 m/s(误差为3.9%),平均温度为1697 K(误差为3.3%)。DEM模型对小粒径粒子平均速度的计算结果更精确,其中,小、中、大粒径粒子在撞击基体时的平均速度分别为683、630、587 m/s,误差分别为3.8%、6.7%、8.0%。DEM模型对于大粒径粒子的速度预测结果相对较差,小、中、大粒径粒子平均温度分别为1659、1720、1666 K,误差分别为6.5%、0.9%、0.5%。粒子间的相互碰撞使撞击基板的粒子分布更均匀,其中,小粒径粒子受粒子间相互作用的影响更大,沉积涂层相比粗粒子更平坦,更利于涂层沉积。结论CFD-DEM模型可以有效地计算WC-10Co4Cr粒子在超音速火焰流场中的飞行行为,分析粒子在撞击基板时的速度、温度和撞击位置,预测粒子的沉积状态。 展开更多
关键词 超音速火焰喷涂 碳化钨 计算流体动力学 离散元模型 多粒子 数值模拟
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砂石混合体骨架组分及应力传递模式细观分析
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作者 刘磊 崔旋 李维朝 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第6期1044-1055,共12页
砂石混合体是一种由粗粒废石和细粒砂土混杂而成的具有复杂结构的非连续介质,广泛存在于矿山排土场等工程中,其力学性质较为复杂,与混合体骨架组分与应力传递模式密切相关。而废石占比是影响混合体骨架组分等细观结构的主要因素。从细... 砂石混合体是一种由粗粒废石和细粒砂土混杂而成的具有复杂结构的非连续介质,广泛存在于矿山排土场等工程中,其力学性质较为复杂,与混合体骨架组分与应力传递模式密切相关。而废石占比是影响混合体骨架组分等细观结构的主要因素。从细观结构层次出发,采用离散元计算方法,结合废石与细砂室内三轴试验结果与不规则废石三维扫描壳体,构建了考虑废石实际形状的废石细砂混合体细观分析模型,并采用离散元程序对其开展了不同废石占比条件下的细观结构模拟,探究了废石占比对混合体骨架组分与应力传递模式的影响。结果表明:混合体骨架组分与应力传递模式的转变以及废石骨架完整性的破坏具有临界体积比。该工况下混合体骨架组分与应力传递模式转变的临界废石与细砂体积比为5.7∶1,而废石骨架完整性破坏的临界废石与细砂体积比为5.0∶1。通过分析废石与细砂力链分布、应力分担比与配位数的响应特征,将混合体骨架组分及应力传递模式划分为3类。Ⅰ类:混合体中废石起到骨架作用,该类存在于废石与细砂体积比大于5.7∶1时;Ⅱ类:细砂参与力的传递,但混合体骨架仍以废石为主,该类存在于废石与细砂体积比小于5.7∶1并大于5∶1时;Ⅲ类:废石与细砂两者同时起到骨架作用,该类存在于废石与细砂体积比小于5∶1。 展开更多
关键词 砂石混合体 骨架组分 三轴试验 离散元法 数值模拟
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岩土振动信号分布式光纤监测的离散元建模研究
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作者 王艺澄 闵寅通 +1 位作者 刘春 李万翀 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第2期307-316,共10页
分布式光纤传感(DAS)可获取实时的工程事件振动信号,识别这些信号的特征有利于预警和规避工程灾变风险。为系统地探究不同条件下的DAS信号特征,基于高性能离散元软件MatDEM,建立了岩土体振动信号DAS监测模型,采用弹性Clump模型构建光纤... 分布式光纤传感(DAS)可获取实时的工程事件振动信号,识别这些信号的特征有利于预警和规避工程灾变风险。为系统地探究不同条件下的DAS信号特征,基于高性能离散元软件MatDEM,建立了岩土体振动信号DAS监测模型,采用弹性Clump模型构建光纤结构体并实时记录相对应变数据,并结合外场重锤下落试验的DAS振动信号数据,从信号的时域特征、频域特征以及信号在振源参数影响下的变化规律三个方面验证了模型的合理性和有效性。研究结果表明,模拟和试验的信号特征具有一致性:信号波形都呈现出单个峰值并快速衰减的特征;信号频率集中,并随着频率增加,振幅逐渐降低;随着重锤下落高度、质量的增加,信号的振幅提高,相应的信噪比增强。模型可用于振动特性机理研究和振动信号大数据生成,有利于进一步的DAS信号解译和人工智能识别。 展开更多
关键词 离散元法 数值模拟 分布式监测 振动信号 时域分析 频域分析
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气体密度对高压流态化影响的CFD-DEM模拟
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作者 贾志勇 沈宪琨 +1 位作者 蓝晓程 王铁峰 《化工学报》 北大核心 2025年第9期4383-4397,F0004,共16页
高压流化床工业应用广泛。利用计算流体力学-离散元耦合模型(CFD-DEM)在1.15~92.0 kg/m^(3)范围内考察了气体密度对A、B类颗粒最小流化速度、最小鼓泡速度、气泡和压降等流体力学行为的影响规律。模拟结果表明,不同压力下A类颗粒均存在... 高压流化床工业应用广泛。利用计算流体力学-离散元耦合模型(CFD-DEM)在1.15~92.0 kg/m^(3)范围内考察了气体密度对A、B类颗粒最小流化速度、最小鼓泡速度、气泡和压降等流体力学行为的影响规律。模拟结果表明,不同压力下A类颗粒均存在散式流化区,流化因子随压力提高而略有增加,B类颗粒的流化因子始终小于1.1。此外,随气体密度增加,B类颗粒中气泡尺寸显著减小、数量显著增加。当气体密度由1.15增加到92.0 kg/m^(3)时,粒径为300μm的B类颗粒中的气泡尺寸减小了约60%,气泡数量增加了2.5倍。典型A类颗粒中的气泡尺寸与数量几乎不受气体密度影响。床层压降标准差和压力脉动振幅均随气体密度增加而降低,B类颗粒降低更显著。最后,通过对颗粒碰撞力和曳力系数的分析,探讨了气固、固固相互作用的竞争对高压流态化稳定性的影响机制。 展开更多
关键词 高压流态化 气体密度 气泡 离散元 两相流 数值模拟 计算流体力学
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单轴压缩条件下灰岩非贯通结构面渐进破坏特征的数值模拟研究 被引量:1
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作者 方健宇 李勇 黄晓虎 《水电能源科学》 北大核心 2025年第7期104-108,共5页
针对鄂西山区兴山县黑槽危岩体,通过室内力学试验和数值模拟,分析了岩桥角度和长度对预制裂隙灰岩力学性能及单轴压缩下破坏模式的影响。结果表明,岩桥角度小、长度长时,抗压强度和弹性模量较高;角度增大或长度减小时,强度和刚度降低;... 针对鄂西山区兴山县黑槽危岩体,通过室内力学试验和数值模拟,分析了岩桥角度和长度对预制裂隙灰岩力学性能及单轴压缩下破坏模式的影响。结果表明,岩桥角度小、长度长时,抗压强度和弹性模量较高;角度增大或长度减小时,强度和刚度降低;小角度以拉伸破坏为主,大角度转为剪切或拉剪混合破坏;岩桥延长减缓裂纹扩展,使破坏更复杂,混合特征增强。总体以拉剪混合破坏为主,破坏面分为岩桥贯通和优势裂隙发育两类;断裂力学分析显示,岩桥小角度时|K_(Ⅰ)|占优,呈现拉伸破坏;岩桥大角度时|K_(Ⅱ)|占优,10 mm岩桥偏剪切破坏,20 mm岩桥因裂纹路径延长呈混合破坏。 展开更多
关键词 高陡危岩体 离散元数值模拟 单轴压缩试验 含裂隙灰岩 非贯通结构面
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