二維顆粒體系力鏈識別及其重構(gòu)分析.pdf

1、顆粒物質(zhì)常見于人們的日常生產(chǎn)生活中，如沙堆、糧倉、土坡和泥石流等，人們對它既熟悉又陌生。宏觀上，顆粒物質(zhì)的行為表現(xiàn)既迅速又具有爆發(fā)力，常常給人們帶來幫助或是災(zāi)難;而微觀上，因?yàn)樗怯纱罅肯嗷プ饔玫碾x散顆粒堆積而成的，因此顆粒物質(zhì)內(nèi)部行為極其復(fù)雜，而在這復(fù)雜的行為背后是強(qiáng)大而神秘的力鏈網(wǎng)絡(luò)。為了指導(dǎo)顆粒物質(zhì)的宏觀力學(xué)行為，需要對其微細(xì)觀的力學(xué)行為和性質(zhì)做研究，最終建立起宏-細(xì)-微觀間的聯(lián)系。為了解顆粒體系內(nèi)力鏈的形成及結(jié)構(gòu)，本文從二維顆粒

2、體系入手，對顆粒體系內(nèi)部力鏈的形成及結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索，并應(yīng)用數(shù)字圖像相關(guān)方法(Digital Image Correlation，DIC)研究二維顆粒體系內(nèi)部力鏈演變行為;對體系力鏈進(jìn)行提取和分析，提出傳力狀態(tài)、顆粒間夾角、顆粒直徑等可致力鏈斷裂破壞的因素并針對這些因素展開分析;結(jié)合影響力鏈破壞的因素提出一種簡單識別力鏈路徑和斷裂點(diǎn)的方法;利用PFC(Particle Flow Code)建立顆粒體系受壓模型，對體系的位移場、速度場和力鏈進(jìn)

3、行分析。本文主要完成以下幾方面工作:
　　(1)查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，介紹顆粒物質(zhì)及其內(nèi)部力鏈的研究現(xiàn)狀。
　　(2)簡述DIC方法以及基于DIC的顆粒間接觸力計(jì)算方法。
　　(3)開展了二維鋼顆粒體系受外界集中荷載作用的系列試驗(yàn)。實(shí)時(shí)采集試驗(yàn)過程中的顆粒體系圖像，試驗(yàn)后利用DIC對采集圖像進(jìn)行計(jì)算分析得到體系全場的位移、應(yīng)變等信息;后處理采用MATLAB軟件進(jìn)行顆粒間接觸力的編程計(jì)算和相關(guān)圖形繪制。
　　(4

4、)分析顆粒體系中顆粒的排列狀態(tài)，提出橫向傳力狀態(tài)和縱向傳力狀態(tài)。討論了顆粒間角度、顆粒直徑以及外荷載與顆粒接觸面積等參數(shù)對顆粒相互傳力的影響;分析了顆粒接觸面法線與水平軸的夾角（α）、偏轉(zhuǎn)角（β)對力鏈斷裂破壞的影響;對比顆粒體系的合位移場和接觸力分布，分析所研究鋼圓柱顆粒體系力鏈的發(fā)展趨勢。
　　(5)結(jié)合DIC方法，對鋼珠顆粒體系中各個(gè)顆粒的位移和移動方向進(jìn)行分析，定義在集中力加載過程中顆粒的位移閾值SC及角度閾值θd，提出一