基于计算接触力学的粗颗粒土体材料细观性质模拟

采用离散元等数值模拟方法研究粗颗粒土体材料的细观力学行为,是近年来岩土力学的热点研究课题。提出了一种基于计算接触力学的粗颗粒土体材料细观力学行为模拟分析新方法。该法将土体颗粒剖分成一定数量的单元,通过计算接触力学方法模拟颗粒间的多体接触行为,是一种基于有限元变分原理的隐式数值求解方法,具有严格的理论基础。和离散元法方法相比,该方法在描述颗粒本身的力学特性方面具有优势,可以计算得到颗粒内部的应力分布情况,从而为颗粒破碎等细观行为的模拟计算提供依据。利用所发展的粗颗粒土体多体接触有限元计算程序,进行了不同围压的常规三轴数值试验,模拟计算结果符合粗颗粒土体材料三轴试验的一般规律,初步验证了所提出的计算方法的适用性。

可燃冰沉积物宏细观力学特性真三轴试验离散元模拟

为了研究孔隙填充型可燃冰沉积物在复杂应力状态下的力学特性,采用三维离散元法对孔隙填充型可燃冰沉积物试样进行在不同平均应力、不同中主应力系数下的真三轴压缩模拟试验,研究平均应力和中主应力系数对宏、细观力学性质的影响以及细观力学机制的演化与宏观力学特性的联系。结果表明:平均应力的取值主要影响可燃冰沉积物的峰值强度;大、中、小主应力以及大、中、小主应变受到中主应力系数的取值影响较大,其变化趋势与颗粒接触的强接触组构主值表现出良好的相似性;在三向应力不等的情况下,可燃冰沉积物的破坏强度符合Lade-Duncan准则;随着中主应力系数逐渐增大,XY平面上的法向接触力更倾向于朝着中主应力方向发展。

果蔬生物力学性质的研究进展及应用

果蔬生物力学性质的研究为果蔬机械加工装备、生产系统的设计、工艺过程的检测与控制提供更为科学、全面的理论基础和技术手段,其研究成果的应用对提高农业作业装备的设计水平具有重要作用。综述果蔬物料的常规力学性质、细观组织力学性质、流变力学特性和碰撞机械损伤力学特性的研究进展及应用。

基于FDEM的围压条件下机械冲击破岩机理研究

矿产资源的开采越来越趋向深部发展,而深部围岩往往处于高应力状态下。岩石作为一种主要由矿物颗粒构成的非均质材料,其矿物颗粒间的细观力学性质会对机械冲击破岩行为造成极大的影响,因此有必要考虑围压和岩石细观力学性质对机械冲击破岩行为的影响。首先,采用有限元-离散元(FDEM)方法,在ABAQUS有限元模型全域内嵌入零厚度黏聚力单元,模拟深部高应力条件下的机械冲击破岩过程;然后,通过室内单轴压缩和巴西劈裂试验进行算法验证和参数标定;最后,建立相应的冲击破岩FDEM模型,并定量分析围压和细观力学参数(断裂能、细观强度、接触刚度比)对冲击破岩行为的影响规律。研究结果表明:在高围压下,岩石会出现岩爆现象,破岩效果明显提高;岩石的断裂能和细观强度增加均会导致破岩效果降低,其中断裂能越大,岩石产生岩爆现象的难度越高;降低细观强度会减小发生岩爆的围压;接触刚度比越大,冲击破岩过程越容易发生岩爆现象。

金属矿尾废胶结充填体破裂演化过程原位CT扫描试验研究

为了揭示金属矿尾废胶结充填体(CWRB)破裂过程中的细观力学特性及尾废胶结协同作用机制,采用单轴压缩实时CT扫描力学试验对废石含量(WBP)为0%(全尾砂胶结充填体)、30%、50%和70%的充填体损伤破裂演化过程进行了可视化和数字化表征,揭示了充填体细观损伤和破裂演化的内在力学机制。结果表明,尾废胶结充填体中的废石含量会影响应力-应变响应,随着废石含量的增加,充填体的强度也会增加。强度增加的主要原因是试样中挠曲破裂面扩展的地质力学效应。充填体开裂后裂纹的形状受废石块形状、大小和分布的影响。基质-块体交接界面为充填体中最薄弱的部分。裂纹的形成和扩展最终导致了尾废胶结充填体的应力剪胀行为。界面损伤开裂控制了试样中裂纹扩展路径及强度特性。尾废胶结充填体的强度效应取决于块石的含量,废石-废砂胶结充填体的相互作用控制着试样强度的增加,块石间的互锁作用对于提高试样的整体刚度具有重要影响。该研究成果对于金属矿固废绿色处置及矿产资源的可持续开发具有理论指导意义。

化学环境对灰岩力学性能影响的纳米压痕试验研究

为探求盐渍土等化学环境下混凝土力学性能变化规律及细观机制,以西北地区混凝土常用粗骨料灰岩为研究对象,开展灰岩浸泡在pH值为2,5,7,9,12的CaCl_(2)溶液和Na_(2)SO_(4)溶液中的化学腐蚀试验。利用纳米压痕力学试验和扫描电镜观测技术,开展化学溶液侵蚀下的灰岩细观力学试验研究。研究结果表明:经过化学腐蚀的灰岩试样,其弹性模量及硬度均有不同程度的降低,表现出一定的时效性。对灰岩试样的腐蚀性表现为CaCl_(2)溶液>Na_(2)SO_(4)溶液;同时,对灰岩试样的影响程度为酸性环境>碱性环境。溶液中pH值及离子浓度的变化与试样的损伤密切相关,表现为酸碱度越高及离子浓度越大,试样的力学参数降低越明显。灰岩对溶液的p H值最为敏感,对灰岩化学腐蚀起主要作用的是溶液中的H^(+)和OH^(-)。最后,引入以弹性模量定义的新损伤变量描述化学损伤后灰岩的力学性质劣化程度,并分析灰岩的损伤变量与其他力学参数之间的关系,研究发现损伤变量与硬度密切相关,硬度越小,力学参数降低程度越大。