洪 俊，李建兴，沈 月，王 潇



颗粒破碎过程的离散元精细化建模

洪 俊1, 2，李建兴1，沈 月1，王 潇1

(1. 东南大学土木工程学院，南京 211189； 2. 东南大学江苏省工程力学分析重点实验室，南京 211189)

为了模拟颗粒的破碎过程，反映颗粒破碎后碎片的真实形状，改进了多面体的接触识别算法，提出了一种基于离散元法的精细化弹簧-四面体单元破碎模型．将多面体颗粒用弹簧-四面体单元离散后，利用连接线性目录法建立可能接触颗粒对的邻居目录，采用改进的射线穿透法判断邻居目录中颗粒对是否真正接触．两种算法共用边界盒，讨论了接触识别算法中特殊的接触类型，并计算接触力．通过最大拉力准则判断弹簧断裂，最终获得多面体颗粒的破碎情况，并对六棱柱颗粒高速冲击刚性边界的破碎过程进行了数值模拟，研究了不同速度下颗粒高速冲击刚性边界的破碎程度．模拟结果表明，建立的弹簧-四面体单元破碎模型可以模拟多面体颗粒的破碎过程，连接线性目录法能够快速建立颗粒系统的邻居目录，改进的射线穿透法能有效地识别颗粒间各种复杂的接触情况．研究结果表明，颗粒破碎是从未破碎-快速发展-缓慢发展的过程，并且速度越大，初始破碎时刻越早，破碎发展速度越快，破碎程度也越严重．数值模拟结果与颗粒冲击破碎实验的结果趋势相符，计算模型反映了真实情况下颗粒的破碎趋势．改进了的多面体接触识别算法和提出的弹簧-四面体单元破碎模型可以有效地模拟颗粒的破碎过程，解决颗粒破碎后碎片的真实形状问题．