王怡舒 沈超敏 刘斯宏,2) 陈静涛

*(河海大学水利水电学院,南京 210098)

†(中国建筑第二工程局有限公司,上海 200135)

引言

颗粒材料是由大量相互接触的离散颗粒组成的系统[1],其宏观力学行为与内部颗粒间复杂接触密切相关,而基于连续介质力学的唯象描述主要建立在颗粒材料宏观物理试验的基础上,不能追踪颗粒间的相互作用.离散单元法(discrete element method,DEM)[2]作为研究颗粒材料内部接触结构(组构)特性的一种有效模拟方法,被广泛用于探究颗粒材料细观与宏观力学特性的联系[3-6].从细观角度出发,研究颗粒间的传力机制[7],并建立宏细观尺度间的联系,是研究颗粒材料宏细观力学性质的必要方法.

颗粒材料内部力的传递通过颗粒间的接触实现,在外部载荷的作用下,当接触点处的切向接触力大于最大静摩擦时,形成滑动接触;另一方面,由于颗粒形状的不规则性,在颗粒转动过程中会产生抗转动力矩,当颗粒点的转动力矩大于最大抗转动力矩时,形成转动接触.采用滑动摩擦和抗转动力矩是反映颗粒材料的摩擦性和抗转动特性的重要途径,被广泛应用于颗粒材料的理论模型和数值模拟中[8-11],如在DEM 模拟时,为了考虑颗粒的粗糙程度,颗粒的接触通常设置Mohr-Coulomb 摩擦,为了考虑颗粒形状的影响则在颗粒接触模型中引入抗转动力矩[12-13].

颗粒间接触也可以根据法向接触力的大小,采用平均法向接触力的大小作为分界线,将体系的接触分为大于平均法向……