简世豪，苗春贺，张 磊，单俊芳，王鹏飞，徐松林,2

（1. 中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室，安徽 合肥 230027；2. 中国地震局地震预测研究所高压物理与地震科技联合实验室，北京 100036）

颗粒物质在自然界中广泛存在，并在工业生产中广泛应用。颗粒破碎行为及其相关机制的研究在凝聚态物理、土木工程、医药工程、粉末技术、物流运输等许多领域都有重要的理论和应用价值[1-3]。迄今为止，大多数研究主要集中于单个玻璃珠的破碎行为，如在Hertz 接触理论框架下研究玻璃珠的弹性接触刚度和有效模量[2,4]，在Weibull 分布函数框架下研究玻璃珠的弹性特性、拉伸强度和屈服强度等[2-3,5]。高速冲击下颗粒破碎机制相对比较清楚，但中低速冲击下颗粒破碎机制还需要进一步开展研究和探索。

颗粒动态破碎主要采用4 种实验技术：直接撞击[6]、轻气炮平板撞击[7]、双面撞击[8]以及利用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson pressure bar，SHPB）设备[9]。低速冲击下，球体的破碎作用力源于锥体周围的拉伸环向应力，破碎形式主要表现为Hertzian 环和锥形裂纹。高速冲击下，颗粒被粉碎为更细小的颗粒。Potapov 等[10]的数值分析结果表明：玻璃珠破坏存在两种失效机制，即从接触点开始径向延伸变形产生的拉应力失效和垂直径向延伸方向的横向裂纹产生的拉伸失效。低速冲击下的失效破坏以前者为主，高速冲击时则为两种失效机制共同作用。方继松等[11]采用离散元数值模拟了单玻璃珠撞击刚壁的过程，研究结果揭示了更加复杂的破坏形态和机理。……