模拟沥青混合料集料的多面体颗粒随机生成算法及程序

为了真实反映沥青混合料中集料的形状、级配及排列,准确模拟其复杂的几何特征与物理性质,提出了模拟沥青混合料的多面体随机生成算法,介绍了算法实现过程中的关键技术问题及程序设计。该算法不仅考虑了矿料级配、颗粒分布的随机性,多面体区域生成及级配的检验与确定,而且考虑到几何与物理参数的转换问题,解决了沥青混合料集料空间结构重构的关键问题。研究结果表明:该算法及程序操作简便,切实可行,为沥青混合料或其他矿物质混合料空间结构重构提供了一种新途径。

多面体颗粒的接触识别及离散元动力学建模

为了模拟多面体颗粒的真实形状和运动过程,基于离散元法,采用有效的接触识别算法对多面体颗粒系统进行动力学建模.利用连接线性目录法建立可能接触颗粒对的邻居目录,采用改进的射线穿透法判断邻居目录中颗粒对是否真正接触.建立颗粒间的接触力模型,通过Verlet积分获得单个颗粒的运动轨迹,最终获得颗粒系统的整体运动状态,并对2个多面体颗粒系统自由堆积过程进行了数值模拟.模拟结果表明,对于多面体颗粒,连接线性目录法能够快速建立颗粒系统的邻居目录,改进的射线穿透法能有效地识别颗粒间各种复杂的接触情况,动力学模型能够真实地反映颗粒系统运动状态.改进的射线穿透法可以有效解决考虑多面体颗粒真实形状的颗粒系统离散元动力学建模问题.

多面体颗粒模拟切割及体视学参数的确定

提出了计算机模拟切割多面体颗粒获得 ｐ（ｒ／Ｒ）和 ｑ（Ｒ）体视学参数方法，并以四面体为例介绍 了这一方法的计算机实现过程和多面体粒子、随机切面及切割过程的数学模型建立方法．对四面体的 模拟切割结果表明。此方法切割数量大、速度快、可得到稳定的ｐ（ｒ／Ｒ）分布曲线和ｑ（Ｒ）参数。

空间多面体颗粒的三维重构及其参数的统计分析

文章介绍了对多面体的空间分布进行三维计算机重构的算法设计与程序实现,并对产生的颗粒的半径、表面积、体积等参数进行了统计分析。该程序能够在给定的空间内生成随机分布的任意数目的规则颗粒,再经由分层切片方法得到空间分布的规则颗粒的一系列平行截面,通过识别相邻平行截面上各轮廓线之间的匹配关系,实现了相邻两层轮廓线上下轮廓点之间的匹配,并由此得到相应的三角面片,将三角面片逐一连接后,实现了规则颗粒空间分布的三维计算机重构。该项技术为材料微观组织结构定量表征和性能评估奠定了基础。

基于扩展多面体组合单元的非规则颗粒材料离散元方法

非规则颗粒材料广泛地存在于自然界和工业生产中,其复杂的几何形态对力学性质有显著的影响.为构建更接近真实颗粒形态的理论模型,以扩展多面体为基本单元,发展了扩展多面体组合单元.为验证扩展多面体组合单元的可靠性,分别对凸形三棱柱单元、凹形正倒锥体单元在平底漏斗中的卸料过程进行了离散元模拟,并与试验结果进行比较分析,得到其具有较好的一致性.在此基础上,对不同形态的组合单元进行堆积和卸料离散元模拟,研究了颗粒形状对堆积分数、卸料流量和休止角的影响.结果表明,颗粒形状越复杂,颗粒之间的互锁效应越显著,颗粒系统更加稳定.扩展多面体组合单元的有效应用,为离散元数值模拟描述任意形态颗粒材料提供了一种新的构建方法.

砂卵石土直剪试验颗粒离散元细观力学模拟

砂卵石土作为一种特殊的岩土材料越来越受到研究者的重视。以三维颗粒流程序(PFC3D)为工具,建立砂卵石土直剪试验数值模型,并与试验结果进行对比分析,由于砂卵石土是一种三维不连续介质,并具有任意的形状,数值模拟结果相对于试验数据偏低。为更好地研究其抗剪特性,采用多面体颗粒近似模拟砂卵石土,并将其结果与以传统的球形颗粒模拟砂卵石土的结果进行对比分析。结果表明:多面体颗粒相对于球形颗粒而言,能较好地反映砂卵石土直剪试验的剪切破坏现象,与试验数据更加吻合。细观参数敏感性分析表明:抗剪曲线的峰值段主要受接触刚度和摩擦系数的影响,剪切曲线的上升段主要受接触刚度的影响。

沥青混合料三维细观数字试件的随机生成算法

为了真实反映沥青混合料内部非均质(集料、砂浆和空隙)多层次(矿料级配)结构特性,运用离散元程序PFC3D内置"Fish"语言,提出了模拟沥青混合料三维细观结构的随机生成算法。将粗集料颗粒的形态特征抽象为不规则形状多面体,提出了单个集料的随机切割生成算法;结合区域内多个集料的随机投放技术,实现了包含不规则形状粗集料、矿料级配、沥青砂浆组成以及空隙分布的沥青混合料三维离散元虚拟试件的随机生成。研究结果表明,该算法及程序操作简便,切实可行,为沥青混合料或其他矿物质混合料空间结构重构提供了一种新途径,有效缓解制备试件样本对实验室条件以及人力物力的依赖。