凹形多面体离散单元的水平集函数接触算法

多面体模型理论上可构造任意颗粒形态,然而受单元接触算法的限制,仅用于凸形颗粒材料的离散元模拟。对于具有凹形特征的多面体单元,单个接触点的搜索算法难以精确计算单元间的作用力。考虑多面体单元间存在单个或多个接触点的计算特性,本文发展了适用于凸形和凹形多面体颗粒材料的水平集函数接触算法。该方法通过点-三角形单元距离计算方法和奇-偶数判定方法建立多面体单元的零水平集函数和空间水平集函数,并对水平集函数进行三线性插值,可得到多面体单元间的单个或多个接触点。为检验水平集函数接触算法的可靠性,对球形和凹形多面体颗粒材料的堆积和倒塌过程进行离散元模拟,并分析颗粒形状对堆积密度和休止角的影响规律。

含冰率影响下冻结道砟集料的三点弯曲试验研究

寒区有砟轨道中碎石道床在低温冰冻条件下的力学性能与常温明显不同,道砟颗粒间的冻结强度是影响道床动力学特性的一个重要参数。为进一步探究级配碎石在冻结条件下的弯曲力学性能,设计并制备了不同含冰率的冻结碎石集料试样,通过开展室内低温三点弯曲试验,研究了含冰率对冻结试样加载力-挠度曲线及弯曲强度的影响,并分析了冻结试样的断裂行为及断裂耗能情况。试验结果表明,试样的弯曲断裂失效过程可以分为脆性断裂和峰后应变软化型断裂两部分,加载力-挠度全曲线在脆性断裂时出现明显加载力跌落现象,而在应变软化型断裂过程中曲线下降趋势平缓。含冰率的提高显著增大了试样的弯曲强度,含冰率与弯曲强度之间的关系可近似线性表示。高含冰率试样弯曲脆性断裂时试样中部下方可观察到明显的受拉裂纹,并沿着道砟接触面向上不断扩展。含冰率较低时,试样脆性断裂耗能略高于应变软化型断裂耗能,其耗能占总消耗能量的70%以上,试样以脆性断裂为主;随着含冰率增大,试样脆性断裂能占比急速下降,应变软化型断裂逐渐占主体且不容忽视。