颗粒介质多点接触碰撞的瞬态动力学分析
发布时间：2021-01-01 16:38
颗粒介质是自然界、交通工程和建筑工程等领域中广泛存在的一种材料组织形式。对于颗粒介质中力的传递分布规律研究,已有的概率理论模型和实验、仿真结果差距大,亟待发展一种更精细准确的理论模型。部分学者研究了颗粒介质在己知动载荷作用下的动力学响应,仍缺乏碰撞载荷作用下其瞬态力学行为的分析。由于碰撞载荷曲线不仅与接触区形状、材料和接触刚度有关,而且在计算碰撞载荷曲线时还需处理非线性单边接触约束,因此颗粒介质多点碰撞问题较为困难,对于此类问题的瞬态响应分析方法很不完善。本文针对颗粒介质的多点接触碰撞问题,采用理论和数值方法进行了研究,具体研究内容如下:（1）探讨了颗粒介质中力的分布概率的两种近似方法,基于这两种方法本文提出新的力的传递概率理论模型。对六角密排型颗粒介质在集中静载荷作用下各层颗粒中竖向作用力的分布状态进行研究。得到了三种方法下颗粒介质中各层颗粒受上层颗粒竖向作用力随水平位置的分布。结果表明,两条峰线上的力随着层数的增加呈幂函数衰减的规律。观察两条峰线内各层颗粒中竖向作用力分布曲线,发现等分配比率近似会导致其呈现单峰;非等分配比率会导致其呈现等高双峰。本文方法会导致其呈现双峰,但峰值比第...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１砂石?图１．２粮食筒仓??颗粒介质内的相互作用以碰撞和摩擦为主，使其为非保守体系，它的变形由??
以下文所仿真的力学模型为对象，讨论二维的、六角密排的颗粒介质［４７］，从??接触力的传递情况可知，两条主要传递路径与边界将其划分为三个部分，编号为??Ｉ、ＩＩ和ＩＩＩ，见图２．１。可知，区域Ｉ和ＩＩ关于载荷Ｐ的作用线对称，区域ＩＩＩ也??关于这条线自对称。在此模型中，仅考虑竖直方向的力在第ｉＶ层随水平位置Ｍ??的分布（其中＃为层数，Ｍ为某区域内水平方向的颗粒数）。??图２．１颗粒材料受集中载荷力作用的影响区域??图２．２?（ａ）表示第一层受载荷颗粒的受力情况，受到下层相邻两个颗粒的支??撑。比如颗粒１与颗粒２和３的接触情况。图２．２?（ｂ）表示中间层受载荷颗粒的??受力情况，比如颗粒５与颗粒２、３、８和９的接触情况。图２．２?（ｃ）图表示底层??颗粒的受力情况，比如颗粒８与颗粒４和５的接触情况。??－６－??
颗粒介质多点接触碰撞的瞬态动力学分析??对于一个ｉＶ＝ｌ〇的颗粒系统，假定每相邻层的两条主要传递路径上颗粒的分??配比是＾＝０．７，则两条传递路径上的颗粒受到竖向力进行无量纲化，见图２．３。图??２．３（ａ）是峰线上颗粒的竖向力变化曲线，图２．３（ｂ）峰线内底层颗粒的竖向力变化曲线。???：??０．２５－１????０．５?－?—?Ｆｙ／Ｐ?—尸／户??Ａ．?°．２。．丨厂＼??多?０Ｊ．?＼?ｈ?Ｉ?＼??０．２－?Ｋ．?＾０１０＇?；?／?Ｖ??０．１－?００５－?：?／?＼??Ｋ?＼??０．０－１???１???．???１???．??０．００－１——Ｔ——■?．?■?．?■?．?＂——??２４６８?１０?２４６８?１０??Ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?Ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ??图２．３?（ａ）峰线上颗粒的竖向力变化曲线图２．３（ｂ）峰线内底层颗粒的竖向力变化曲线??通过比较各层颗粒所受到的竖向载荷力，发现第三层的３个颗粒所受到力的??比例分别为０．３５、０．３和０．３５，即是说按此种概率模型下，第３层的中间颗粒受??到的竖直载荷力低于两侧颗粒受到的竖直载荷力，这便是颗粒介质中的双峰现象，??在某些特定区域可能出现。??从而得到如下几个结论：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维颗粒体系单轴压缩形成的力链结构[J]. 孙其诚,金峰,王光谦,张国华. 物理学报. 2010(01)
[2]颗粒弹塑性碰撞理论模型[J]. 何思明,吴永,李新坡. 工程力学. 2008(12)
[3]静态堆积颗粒中的力链分布[J]. 孙其诚,王光谦. 物理学报. 2008(08)
[4]三维颗粒堆中力传递实验与分析[J]. 蒋红英,鲁进步,苗天德. 兰州大学学报(自然科学版). 2007(02)
[5]非均匀颗粒材料的类固-液相变行为及本构方程[J]. 季顺迎. 力学学报. 2007(02)
[6]二维颗粒堆中力传递的一个概率模型[J]. 蒋红英,苗天德,鲁进步. 岩土工程学报. 2006(07)
[7]颗粒介质在类固-液相变过程中的时空参数特性[J]. 季顺迎,Hayley H Shen. 科学通报. 2006(03)
[8]二维颗粒堆积体中力的传递与分布研究[J]. 刘源,缪馥星,苗天德. 岩土工程学报. 2005(04)
[9]颗粒物质(上)[J]. 陆坤权,刘寄星. 物理. 2004(09)
博士论文
[1]冲击作用下颗粒介质的动力学特性及尺度关系的理论研究[D]. 叶晓燕.兰州大学 2013
[2]基于离散元模拟的岩土力学性能研究及应变局部化理论分析[D]. 秦建敏.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]颗粒物质中力传递和阻力标度关系的理论研究[D]. 杨亚辉.兰州大学 2015
[2]颗粒材料对冲击载荷缓冲特性的离散元分析[D]. 樊利芳.大连理工大学 2015
[3]垂直激励下复合颗粒链的动力学特性研究[D]. 丁茫.南京大学 2011
[4]二维颗粒系统中力分布的理论研究[D]. 张林.南京师范大学 2005
本文编号：2951631
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１砂石?图１．２粮食筒仓??颗粒介质内的相互作用以碰撞和摩擦为主，使其为非保守体系，它的变形由??
以下文所仿真的力学模型为对象，讨论二维的、六角密排的颗粒介质［４７］，从??接触力的传递情况可知，两条主要传递路径与边界将其划分为三个部分，编号为??Ｉ、ＩＩ和ＩＩＩ，见图２．１。可知，区域Ｉ和ＩＩ关于载荷Ｐ的作用线对称，区域ＩＩＩ也??关于这条线自对称。在此模型中，仅考虑竖直方向的力在第ｉＶ层随水平位置Ｍ??的分布（其中＃为层数，Ｍ为某区域内水平方向的颗粒数）。??图２．１颗粒材料受集中载荷力作用的影响区域??图２．２?（ａ）表示第一层受载荷颗粒的受力情况，受到下层相邻两个颗粒的支??撑。比如颗粒１与颗粒２和３的接触情况。图２．２?（ｂ）表示中间层受载荷颗粒的??受力情况，比如颗粒５与颗粒２、３、８和９的接触情况。图２．２?（ｃ）图表示底层??颗粒的受力情况，比如颗粒８与颗粒４和５的接触情况。??－６－??
颗粒介质多点接触碰撞的瞬态动力学分析??对于一个ｉＶ＝ｌ〇的颗粒系统，假定每相邻层的两条主要传递路径上颗粒的分??配比是＾＝０．７，则两条传递路径上的颗粒受到竖向力进行无量纲化，见图２．３。图??２．３（ａ）是峰线上颗粒的竖向力变化曲线，图２．３（ｂ）峰线内底层颗粒的竖向力变化曲线。???：??０．２５－１????０．５?－?—?Ｆｙ／Ｐ?—尸／户??Ａ．?°．２。．丨厂＼??多?０Ｊ．?＼?ｈ?Ｉ?＼??０．２－?Ｋ．?＾０１０＇?；?／?Ｖ??０．１－?００５－?：?／?＼??Ｋ?＼??０．０－１???１???．???１???．??０．００－１——Ｔ——■?．?■?．?■?．?＂——??２４６８?１０?２４６８?１０??Ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ?Ｎｕｍｂｅｒ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅ??图２．３?（ａ）峰线上颗粒的竖向力变化曲线图２．３（ｂ）峰线内底层颗粒的竖向力变化曲线??通过比较各层颗粒所受到的竖向载荷力，发现第三层的３个颗粒所受到力的??比例分别为０．３５、０．３和０．３５，即是说按此种概率模型下，第３层的中间颗粒受??到的竖直载荷力低于两侧颗粒受到的竖直载荷力，这便是颗粒介质中的双峰现象，??在某些特定区域可能出现。??从而得到如下几个结论：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]二维颗粒体系单轴压缩形成的力链结构[J]. 孙其诚,金峰,王光谦,张国华. 物理学报. 2010(01)
[2]颗粒弹塑性碰撞理论模型[J]. 何思明,吴永,李新坡. 工程力学. 2008(12)
[3]静态堆积颗粒中的力链分布[J]. 孙其诚,王光谦. 物理学报. 2008(08)
[4]三维颗粒堆中力传递实验与分析[J]. 蒋红英,鲁进步,苗天德. 兰州大学学报(自然科学版). 2007(02)
[5]非均匀颗粒材料的类固-液相变行为及本构方程[J]. 季顺迎. 力学学报. 2007(02)
[6]二维颗粒堆中力传递的一个概率模型[J]. 蒋红英,苗天德,鲁进步. 岩土工程学报. 2006(07)
[7]颗粒介质在类固-液相变过程中的时空参数特性[J]. 季顺迎,Hayley H Shen. 科学通报. 2006(03)
[8]二维颗粒堆积体中力的传递与分布研究[J]. 刘源,缪馥星,苗天德. 岩土工程学报. 2005(04)
[9]颗粒物质(上)[J]. 陆坤权,刘寄星. 物理. 2004(09)
博士论文
[1]冲击作用下颗粒介质的动力学特性及尺度关系的理论研究[D]. 叶晓燕.兰州大学 2013
[2]基于离散元模拟的岩土力学性能研究及应变局部化理论分析[D]. 秦建敏.大连理工大学 2007
硕士论文
[1]颗粒物质中力传递和阻力标度关系的理论研究[D]. 杨亚辉.兰州大学 2015
[2]颗粒材料对冲击载荷缓冲特性的离散元分析[D]. 樊利芳.大连理工大学 2015
[3]垂直激励下复合颗粒链的动力学特性研究[D]. 丁茫.南京大学 2011
[4]二维颗粒系统中力分布的理论研究[D]. 张林.南京师范大学 2005
本文编号：2951631
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