颗粒离散元分层建模法及颗粒尺寸效应

离散元分析方法是研究岩石力学行为、完善岩石力学基础理论的重要工具之一,为提高颗粒离散元法模拟室内岩石力学及大规模工程尺度试验的精确度,提出分层建模法,该方法对岩石或岩体关注区域采用小尺寸颗粒进行精细化模拟,外侧非重点关注区域采用大尺寸颗粒建模以扩大计算区域.采用分层建模法进行单轴压缩、巴西劈裂试验并与常规建模计算结果进行对比,初步验证了分层建模法模拟室内力学试验的可行性.研究结果表明：分层建模法与常规建模一样受颗粒尺寸效应影响,但可以减少颗粒流模型中的颗粒数量,计算效率提高50%以上;分层模型的单轴抗压强度和起裂应力分别与外层对应的常规模型相比,最多仅减小2.7%和1.9%,匹配单轴抗压强度时可先以外层材料常规模型作参照,单轴抗压强度和起裂应力的变异系数（coefficient of variation,COV）普遍大于常规模型,但依然在2%的可接受范围内;分层模型中粒径分布的不均匀性对模型弹性阶段的变形性质影响较小,分层模型的弹性模量与外层对应的常规模型相比减小1.3%～2.3%;分层模型的巴西劈裂抗拉强度与外层对应的常规模型增大了1.32%～2.35%,宏观破裂特征与小粒径常规模型...     

基于颗粒离散元的土质路基高边坡破坏机制研究

土质路基高边坡稳定性问题一直困扰着岩土工作者,国家铁路及公路工程每年在路基高边坡治理方面花费巨大。结合京港澳高速公路小河段路基高边坡工程,基于颗粒离散元PFC^2D,通过双轴标定试验,建立了细观参数与小河段路基高边坡土体宏观参数对应关系,将其引入到数值边坡模型,从大变形层面分析小河段边坡滑坡破坏特征及运动特征。研究分析发现：高边坡滑动过程呈现逐级差异破坏,边坡以上部土体出现拉裂开始,而后下部土体从坡脚剪出,最后中间土体不断出现拉裂纹,呈块体形态。     

基于颗粒流离散元方法的行人动力学 模型及仿真研究

离散元方法是分析和求解复杂离散颗粒系统问题的一种高效力学数值模拟方 法,对于提高目前行人动力学模型中的求解效率,细致刻画行人运动中的力学关系具有 优势.本文利用颗粒接触理论中的软球模型描述行人的接触及挤压行为,以现有社会力模 型中的主观运动力作为外部输入,构建了基于颗粒流理论的行人运动模型,并在离散元 EDEM仿真平台上实现.通过对不同密度条件下行人运动行为及平均速度的仿真及统计, 对比实测数据,验证了模型的有效性;通过对比不同仿真平台的计算速度,验证了算法的 高效性.研究结果表明：模拟得到的行人流在不同密度下的行为符合现场观测,模拟所得 行人平均速度数据与实测数据基本吻合,所建模型具有较高计算效率.因此,基于颗粒流 理论的离散元方法能够实现对行人运动的模拟,且具有进一步的研究价值.     

落石冲击力评定的离散元颗粒流数值模拟

为使落石冲击力评定更合理、有效,以离散元模型(DEM)为理论基础,利用颗粒流(PFC)单元法研究垂直下落条件下落石对结构的冲击力,分析了落石高度、重力及回填土厚度对冲击力的影响规律.将PFC数值模拟结果与其他几种落石冲击力计算方法所得结果进行比较,结果表明:落石冲击力与落石高度及重力均呈明显的线性关系,落石冲击力随落石高度线性变化幅度与落石重力有关,而落石冲击力随落石重力线性变化幅度与回填土厚度有关;回填土厚度为0.6 m时的冲击力比无回填土时减小50%~60%,回填土厚度大于2.0 m时,缓冲幅度趋于稳定,说明回填土厚度有一个合理范围,超出时,结构总荷载会增大;离散元颗粒流数值模拟方法通过阻尼设置来模拟空气在落石下落过程中产生的作用,使得在评定大体积落石从较高高度下落时产生的冲击力更加合理.      

颗粒材料双轴试验离散元数值模拟(英文)

为了得到颗粒材料的力学参数与试验条件之间的关系, 选取5组粒径范围的颗粒材料, 利用离散元方法生成初始试件, 并数值模拟了其双轴试验, 分析了不同围压对材料弹性模量和强度的影响, 以及不同加载速率下材料的弹性模量、泊松比和强度的变化规律。提取了围压为10MPa与加载速率为0.03m.s-1时5组试件的应力-应变曲线, 从微观角度给出了荷载作用后试件中的裂缝分布。模拟结果表明: 随着围压的增大, 5组试件的弹性模量和强度增大, 增长趋势相对平缓, 但粒径为9.50~13.20mm的试件出现较大波动; 加载速率与弹性模量、泊松比、强度和裂缝初始应力基本呈二次多项式关系, 最小判定系数为0.9009, 最大为0.9959;在5组试件中, 随着粒径的增大, 由应力-应变曲线得到的应力峰值减小。     

基于离散元方法的道床捣固及吹砟维护机理

为从细观上研究捣固和吹砟的维护机理,建立了离散元道砟箱数值模型,并耦合多体动力学的捣固镐模型和计算流体力学的吹砟管模型,对捣固与吹砟的作业全过程进行可视化模拟,基于离散元耦合数值模拟,对比分析了2种道床维护方法对道床扰动及作业后轨枕沉降.结果表明：吹砟作业各阶段对道床的扰动和道砟平均接触力均小于捣固,且扰动主要集中在下插阶段,吹砟作业过程中道砟颗粒速度峰值和接触应力峰值仅为捣固的37.5%和38.9%;捣固后,轨枕底部区域密实度提高了约13.6%,轨枕间上部和下部区域密实度分别降低了约21.0%和提高了约4.8%;吹砟后,轨枕底部区域密实度提高了约6.5%,轨枕间上部和下部区域密实度几乎无变化;在轨枕底部吹入碎石,吹砟作业极大地改善了轨枕底的接触状态和应力扩散,轨枕与道砟颗粒接触数增加了约243%,荷载传递更均匀;1 000次循环加载后,吹砟作业后的轨枕沉降相较捣固和未维护工况分别减少了约18.1%和44.4%.     

三维离散元模型及计算参数选取研究

通过大量的计算机模拟试验、物理模型试验及一定的理论分析,改进了三维离散元模型,利用速度时程曲线分析了计算模型的稳定性;根据速度分布的方差时程曲线探讨了各计算参数与速度分布之间的关系,最后通过散粒体堆积的等值线图进一步验证了模型的正确性和参数取值的合理性。     

昆石高速公路K22滑坡稳定的离散元分析

昆明—石林高速公路(简称昆石公路)松茂滑坡位于K22+900~K23+180段。为确保该路段安全,对K22段滑坡进行抗滑桩处治。为了检验处治方案的合理性,利用离散元元模拟了滑坡处治前后的边坡稳定状况。离散元元分析结果表明,处治前的滑坡情况和现场实际情况比较吻合。对K22+900滑坡段施加抗滑桩的处治后的模拟结果表明,处治后的滑坡安全、稳定。     

多孔沥青混合料堵塞规律离散元仿真

为揭示多孔沥青混合料孔隙堵塞机理,开展了多孔沥青混合料堵塞模型试验与仿真模拟结合研究;基于电子计算机断层扫描与离散元软件PFC3D V5.0分析了多孔沥青混合料孔隙特征,得到了多孔沥青混合料的孔隙数据;在PFC3D V5.0中投放各粒径集料并根据孔隙特征生成压实虚拟试件,以MATLAB切片对比实际试件孔隙图像验证模型准确性;在自重条件下设置特定级配组成堵塞物侵入多孔沥青混合料试件模拟仿真,并以室内试验结果对照验证,改变投放堵塞物粒径,分析了试件孔隙衰变率,找出了堵塞敏感颗粒;在自重条件下引入流体模拟仿真试验,改变了流体渗流速度,分析了试件堵塞变化规律。研究结果表明：PFC3D V5.0生成的虚拟试件具备较高的精确度,仿真揭示了试件堵塞规律,小颗粒除堆积于喉孔处产生堵塞外,还会在嵌挤成型后与大粒径颗粒积聚产生堵塞;自重条件下的堵塞主要集中在混合料试件上层30 mm处,相应堵塞敏感颗粒粒径分布为0.150~0.600 mm,堵塞颗粒粒径分布对堵塞结果影响较大;在重力与流体条件下,随着渗流速度从0.005 m·s^-1增加到0.030 m·s^-1,孔隙衰变率变化速度增加,残留在混合料内部的堵塞物减少,孔隙衰变率减小,排水沥青路面在设计与养护时也需将当地降雨条件带入考虑。     

格栅加筋道砟界面宏细观力学响应的离散元研究

为揭示格栅-道砟协同作用机制并明确界面强度衰减的内在机理,建立三维离散元模型对格栅加筋道砟界面力学行为进行了研究,模拟过程中充分考虑了道砟棱角特性及空间定向的随机性,模拟结果显示,拉拔荷载主要由筋材首条横肋承担,筋土强相互作用区域大致为筋材首条横肋前端两倍网孔长度处,而界面宏观强度降低的内在原因在于颗粒体系承载骨架的失效。研究成果将为加筋有砟道床工作机制的理解和工作性能的优化提供参考。     

滑动摩擦系数的离散元数值模拟与分析

针对滑动摩擦的研究现状及存在的问题进行了简单叙述,将离散元理论引入滑动摩擦研究,应用基于该理论的三维颗粒流数值模拟软件（PFC3D）建立了滑动摩擦模型,重点分析了接触压力、表面粗糙度和相对滑动速度等因素对滑动摩擦系数的影响,模拟结果与经典摩擦理论结论进行了对比和讨论,最后给出了进一步研究的一些建议。     

空间缆索悬索桥主缆线形的分析方法

空间缆索悬索桥是由于主缆和吊索形成了一个三维索系,在对竖向承载能力影响不大的情况下,缆索系统的横向承载能力得到显著提高,从而大大提高了整个桥梁的横向刚度和抗扭刚度。作为结构非线性性态非常突出的大跨度悬索桥,采用有限元法能充分考虑几何非线性的影响因素。介绍了按照零位移原则确定重力作用下主缆的初始应力状态的方法及确定主缆线形的迭代算法。     

基于离散水平集方法的Chan-Vese模型

采用离散形式的水平集函数代替传统的符号距离函数,提出基于离散水平集方法的Chan-Vese模型。采用变分方法得到水平集函数演化的梯度降方程,对得到的演化方程进行半隐式离散求解和数值算例验证,并与传统的符号距离函数方法进行对比,以验证离散水平集方法在图像分割中的优势。实验结果表明,基于离散水平集方法的Chan-Vese模型分割速度和精度比用符号距离函数实现的Chan-Vese模型有明显提高。     

Discrete Element Simulation of Asphalt Mastics Based on Burgers Model

Introduction With the rapid development of highway construc-tions, the performances of asphalt mixtures haveattracted considerable attention. Asphalt mastic is themost important component that affects the perform-ances of asphalt mixtures, and lots of res…     

细菌觅食机制粒子群优化算法

针对基本粒子群优化算法易陷入局部极值的缺陷,提出了一种细菌觅食机制粒子群优化算法.其基本思想是在粒子群优化算法中引入细菌觅食行为机制,提高PSO算法跳出局部极值的能力,借以改善PSO算法的寻优性能.采用标准测试函数的实验结果表明,该算法在收敛速度和求解精度方面均有显著改进.     

离散变量结构形状优化设计的混合遗传算法

通过在遗传算法中嵌入拟满应力算子来增强其局部寻优能力,并将拟满应力遗传算法应用于离散变量结构形状优化设计问题.将形状设计变量和截面设计变量统一编码表示在同一染色体中,既解决了两类变量间耦合上的困难,又避免了将两类变量分开考虑只能求得局部最优解的问题.对混合离散变量问题,对形状变量提出二级搜索策略,即首先在整个搜索区间进行粗粒度搜索,进化后期再将搜索范围缩小至最优解附近,重新编码进行局部细致搜索,从而解决了求解的精度和求解效率间的矛盾.     

基于EDEM仿真的斗轮堆取料机取料机理研究

斗轮堆取料机斗轮机构的设计主要参考《斗轮挖掘机设计规范》,设计结果偏于保守,为拓展该领域研究,应用离散元法及相应分析软件EDEM对不同斗轮转速下斗轮机构取料过程（包含挖料、提升和卸料）进行仿真,对比分析仿真结果与理论计算结果后得出：挖掘阻力与斗轮转速有关,随转速增大,挖掘阻力相应增大,且在重力式卸料转速范围内,卸料区间整体左移并越发分散,5r/min时卸料效果最好.     

惯性摩擦制动对铜基粒子材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了多组元的铜基摩擦材料,利用GF150D型摩擦试验机,分别在不同的摩擦方式和不同的摩擦条件下,探讨了材料的摩擦磨损性能.结果表明:惯性摩擦条件下,随着摩擦压力提高,磨损量增加,摩擦系数降低.且在其他摩擦条件相同时惯性摩擦条件下的摩擦系数低于定速.惯性试验湿摩擦的摩擦系数比干摩擦的摩擦系数有显著提高,摩擦顺序为高速到低速时的摩擦系数的稳定性都高于摩擦顺序为低速到高速.