二维混杂非圆球形非线粘性颗粒材质受压状态数值模拟

本项目的研究重点是提出一个对二维混杂非圆球形非线粘性颗粒材质受压状态的数值模型，并采用离散单元方法对上述模型进行分析，这个方法是建立以二维实体单元为基础的网格，允许各个单元在特定情况断裂分离，因此称为离散单元方法。本项目除了考虑不同粘性材质颗粒混杂的状况，而且颗粒的性质不仅包括线性粘塑性，同时还包括非线性粘塑性。所提出的三角形网格升级调整系统，也将针对非线性粘塑性颗粒的特质，加以调整改进。此数值模拟的精确性将以其他的数值方法加以验证，验证后将模拟研究细观的颗粒材质及分布，对宏观整体结构行为的影响。这个研究所建立的方法和数据，将对粉体工程及粉末冶金，沥青柏油道路工程，结构基础工程设计，河床泥沙研究，混凝土材料制作等，具有一定程度的贡献。

这个课题申请之时，我们所订定的目标是针对二维混杂非圆球形非线粘性颗粒材质受压状态，提出一种新方法进行精确的数值模拟。经过了三年的努力探索和寻求，这个新方法逐渐成形，我们把它定名为：以均匀化理论为基础的两尺度有限元—有限元模型。以下我分为三方面来介绍，第一，这个新方法的优越性；第二，目前进展的进度；第三，我们在过去三年里所发表的相关论文。.首先，这个所谓“以均匀化理论为基础的两尺度有限元--有限元模型”是由德国学者Miehe等和法国学者Nitka等所提出的“两尺度离散元—有限元颗粒模型”的想法得到的启示，这种细观离散元—巨观有限元的颗粒模型的缺点是无法对粘塑性颗粒进行分析，因为离散元的局限在于它很难用来追踪颗粒本身的变形所带来的复杂变化，而我们提出的“以均匀化理论为基础的两尺度有限元--有限元模型”，就是利用细观有限元模型可以追踪颗粒变形的优越性，来对于粘塑性颗粒组成材质进行模拟计算。这就是这个新方法的优越性。.其次，在这个课题里，目前的进展，我们开发了以均匀化理论为基础的两尺度有限元模型，并用其模拟粘塑性颗粒组成材质的压实过程。这个新方法里，颗粒组成材质的巨观本构关系是建立在细观行为的基础上。在巨观的尺度之下，我们调查了考虑刚体位移及颗粒变形的控制方程，基于此建立一个隐形细微尺度的有限元模型，分析粘塑性颗粒的相互作用。在巨观尺度之下，此颗粒组成材质被视为均匀化连续体，以巨观尺度有限元模型来分析。为了验证这个新方法的精确性和效率，我们针对文献中的一个实验进行了对比性数值模拟，所得结果在可接受的误差范围之内，由此可证这个两尺度有限元方法可以被应用在多种颗粒组成材质的压实分析上，这些颗粒组成材质包括：沥青，塑料，铝合金，雪和食品等。.另外，基于这些进展，我们发表的论文中，直接相关的有1篇SCI期刊论文，题目为“考虑惯性力的率相关粘性颗粒组成材质压实模拟”，以及1篇EI期刊论文，题目为“弹塑性及粘塑性颗粒组成材质压实”，另外1篇EI会议论文，题目为“对于混杂四边形颗粒材质的粘塑性分析”。此外，我们还发表了一些有关金属材质高温粘塑性蠕变行为的间接相关论文，包括2篇EI会议论文，以及2篇国内英文核心期刊论文。我们在2013年及2014年还有2篇SCI期刊论文会陆续发表。