力学大会2015集离散元模拟中颗粒材料阻尼参数的选取及试验

周伟*，+，马幸*，+，马刚*，+，*（大学水资源与水电工程科学国家，+（水工岩石力学教育部β值对物理试验进行数值模拟并进行对比分析。研究结果表明：由于β影响了颗粒碰撞前后的速度从而影响了颗粒动能与其他能量之间的转化，β的增大会减小颗粒体动能的转化速率。β对颗≤800mm时，β0.2%时，hf随着β的增大而增大，0.2β0.5%时，hf随β的变化不明显；hd1000mm较好的吻合，为数值试验中β的取值提供了有效参考。 数值模拟能否较好的实现颗粒材料实际的物理力学行为至关重要[1]DEM模型的细观参数取值通常是颗粒振荡阻尼器[7-8]，研究方向主要集中于颗粒之间的摩擦对多颗粒碰撞时系统能量耗散的影响[9-10]，而对于阻尼系数在多颗粒碰撞过程中的影响则研究较少。相同的效果，并且建议在DEM数值试验中，阻尼系数的取值为0.2%，但这一取值尚 本文采用基于离散单元法的ELLIPS3H程序[12]，对重力作用下生成试样的下落试验进行了数值1置示意1颗粒材料物理特颗粒直径铝试验进行三种不同下落高度（225,425800mm）的多组、多次试验，研究颗粒体在重力作用下自由下落并堆积的过程，通过分析最终堆积高度（hf）与下落高度（h0）的关系来阻尼的影度（如图。试验结果如图4所示。图2密实后的颗粒试 图3颗粒最终堆积状4理实验结个接触颗粒的剪切模量G和泊松比ν。颗粒间接触的法向刚度通过Hertzian理论定义为：

简化的Mindlin理论，与法向刚度的关系为：kt

ELLIPS3Hβ决定。在数值模拟过程中，阻尼仅在颗粒发130mm×130mm×154mm。细观参数取值参照颗粒材料的实际力学特性确定（见表。2细观参颗粒直径试样生成的过程分为三步（5所示。第一步，在相应尺寸的棱柱内随机生成半径较小的度。试样在下落前的特征参数见表3。3试样的特征参颗粒体初 图5试样生成过程6值试验过225m425m800mmβh0hfβ7所示（点代表数值计算结果，箱型代表物理实验结果。通过对比数值模拟与物理实验结果，发现当0.002≤β≤0.003时两者的结果吻合较好。βh0hf600mm,1000mm1200mm，β值分别为0.0005,0.001,0.002,0.0030.005。hfh08所示，从图中可以看出，hfh0h0的增大而增大到h（β=0.0005h0≤225mm0.001,h0425mm)，h0hfhfβ9所示，从图中可以看出，hfβ0.0005≤β≤0.002时，hf随着β的增大而增大，这与Ng[11]0.002≤β≤0.005时，h0hfβ的增大而增大，h0较大时，hf变化不明显。图8hf随h0的变化曲 图9hf随β的变化曲具，对该物理实验进行了数值模拟，分析了β对试验的影响，得出了一些结论。因此有力的证明了离散元数值计算中β取值范围为[0.002，0.003]。hfβ的函数，同时也是h0的函数。h0≤225mmhf随着β的增大而增大；425mm≤h0≤800mm0.0005≤β≤0.002时，hf随着β0.002<β≤0.005时，hfLandryH,LagueC,RobergeM.Discreteelementrepresentationofmanureproducts.ComputersandElectronicsinAgriculture,2006,51(1):17~34.周健，，池永.砂土双轴试验的颗粒流模拟.岩土工程学报,2000,22(6):PowderTechnology,1996,88(1):59~64.DurdaDD,MovshovitzN,RichardsonDC,AsphaugbE,MorganbA,RawlingsdAR,VestdC.Experimentaldeterminationofthecoefficientofrestitutionformeter-scalegranitespheres.Icarus,2011,211(1):ImreB,RäbsamenS,SpringmanSM.Acoefficientofrestitutionofrockmaterials.Computers&Geosciences,2008,34(4):339~350..GüttlerC,HeißelmannD,BlumJ,KrijtS.NormalCollisionsofSpheres:Alituresurveyonavailableexperiments.arXivpreprintarXiv:1204.0001,2012.MaoK,WangMY,XuZ,ChenT.DEMsimulationofparticledam.PowderTechnology,2004,142(2):FangX,TangJ,LuoH.Granulardamysisusinganimproveddiscreteelementapproach.JournalofSoundandVibration,2007,308(1):112~131.SunQ,JinF,ZhouGGD.Energycharacteristicsofsimplesheargranularflows.GranularMatter,2013,15(1):119~128.compression.GranularMatter,2011,13(4):NgTT,ZhouW,MaG,XLChang.DamandparticlemassinDEMsimulationsundergravity.JournalofEngineeringMechanics,2014,141(6): NgTT.Triaxialtestsimulationswithdiscreteelementmethodandhydrostaticboundaries.JournalofEngineeringMechanics,2004,130(10):1188~1194.CundallPA,StrackODL.Adiscretenumericalmodelforgranularassemblies.Geotechnique,1979,29(1):47~65.ZhangD,WhitenWJ.Thecalculationofcontactsbetweenparticlesusingspringanddammodels.PowderTechnology,1996,88(1):59~64.DETERMINATIONOFTHEDAMPAREMETERUSEDINDEMANDITSZHOUWei1, MAGang1, CHANGXiaolin1,(2KeyLaboratoryofRockMechanicsinHydraulicStructuralEngineeringofEducationMinistry,WuhanUniversity,Wuhan)Thispaperpresentsastudyonthedamratio(β)usedinthediscreteelementsimulations.Itfocusesontheinfluenceofparticledamonsamplepreparationofgranularmaterialsundergravity.Physicalexperimentsareperformedbydropparticlesfromapredeterminedheight.Aluminumspheresareused.Discreteelementmethodisusedtosimulatetheprocessofparticledepositingundergravity.Theexperimentalresultiscomparedwiththenumericalresulttoidentifytheappropriateβ.TheresultindicatestheappropriatedamratiousedinDEMisbetween0.2%and0.3%.Variousβhavebeenusedinthesimulationswhileotherinputparametersareconstants.Damaffectsthevelocitiesofparticlesafterimpactwhichinturnaffectsthetransformationbetweenpotentialandkineticenergy.Differentβyielddifferentsampleheights.Fordropheightlessthan225mm,theeffectofβisobvious,thefinalheightofthesampleincreaseswithβ.For425mm≤dropheight≤800mm,thefinalheightofthesampleincrea