潘 宇, 王 蕉,2, 楚锡华

(1. 武汉大学 土木建筑工程学院, 湖北 武汉 430072; 2. 西南交通大学 力学与工程学院, 四川 成都 610031)

尺度在1 μm～104m范围的物质都可称为颗粒材料.在自然界、日常生活和生产中,颗粒材料普遍存在,且其具有许多没有被认识清楚的奇特性质和规律.随着计算机计算能力的快速提高和现代先进测试仪器的运用,以及人们对自然现象认识的深入,对颗粒材料的研究已经成为物理力学的前沿热点之一[1-2].对颗粒材料的研究由于受到实验条件等诸多因素限制,往往很难进行或者很难得到正确的实验结果,因此目前对颗粒物质的研究大量采用计算机模拟技术,如离散单元法[3](discrete element method,DEM).

近年来,颗粒材料中的波传播受到了研究人员的广泛关注[4-5].研究表明:颗粒材料中波传播方向上的组构分布[6]对波速和波幅衰减都有重大影响[7-8];颗粒材料可能表现出反常色散[9],即波速随激发频率的增加而增加;不同接触模型的模拟结果与实验数据拟合的效果不同,非线性接触模型在忽略阻尼时可获得与实验数据拟合较好的效果[10].在各种类型如单次冲击[11]、周期性[12]或随机冲击序列等的载荷作用下激发的颗粒材料中的波传播在一些领域(如无损检测、能量收集、确定生物材料的机械特性[13-14]等)的应用中具有重要的实际意义.同时,当颗粒材料受到外载荷作用产生波传播时,材料内部会发生强烈的挤压和碰撞,使系统能量迅速有效地衰减,从而起到良好的缓……