冲击载荷下颗粒材料临边界区域的波动行为及变形特征分析

研究颗粒材料中的波传播问题在超材料制造方面有重要意义,如波传导超材料边界的设计需考虑应力波的反射和吸收等问题.本文从一维颗粒链中的波传播行为出发,根据距边界不同位置处颗粒能够得到的最大动能的不同,给出了临边界区域的定义.然后分析了多组二维颗粒样本在冲击载荷作用下应力波的传播行为,主要考虑了不同边界形状及不同颗粒排列方式对应力波在临边界区域内传播行为的影响.研究表明,临边界区颗粒排列方式主要影响边界附近颗粒的相对位置和局部孔隙率;经边界反射后的应力波直接以边界形状在临边界区内传播,该结论在边界情况越复杂(高局部孔隙率,颗粒无序随机排列)时越准确;在临边界区域外(即材料中心区域),波前形状主要由波速决定.弧形边界对波反射的汇聚作用和临边界区域内颗粒的排列方式所引起的弥散作用是两个竞争因素,共同决定临边界区域内波的反射过程.最后分析了临边界区域内颗粒力链网络在反射前后的变化.该研究将为超材料设计提供借鉴.