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A semi-spring and semi-edge combined contact model in CDEM and its application to analysis of Jiweishan landslide 被引量:40
1
作者 Chun Feng Shihai Li +1 位作者 Xiaoyu Liu Yanan Zhang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE CSCD 2014年第1期26-35,共10页
Continuum-based discrete element method(CDEM)is an explicit numerical method used for simulation of progressive failure of geological body.To improve the efficiency of contact detection and simplify the calculation st... Continuum-based discrete element method(CDEM)is an explicit numerical method used for simulation of progressive failure of geological body.To improve the efficiency of contact detection and simplify the calculation steps for contact forces,semi-spring and semi-edge are introduced in calculation.Semispring is derived from block vertex,and formed by indenting the block vertex into each face(24semisprings for a hexahedral element).The formation process of semi-edge is the same as that of semi-spring(24semi-edges for a hexahedral element).Based on the semi-springs and semi-edges,a new type of combined contact model is presented.According to this model,six contact types could be reduced to two,i.e.the semi-spring target face contact and semi-edge target edge contact.By the combined model,the contact force could be calculated directly(the information of contact type is not necessary),and the failure judgment could be executed in a straightforward way(each semi-spring and semi-edge own their characteristic areas).The algorithm has been successfully programmed in C++program.Some simple numerical cases are presented to show the validity and accuracy of this model.Finally,the failure mode,sliding distance and critical friction angle of Jiweishan landslide are studied with the combined model. 展开更多
关键词 continuum-based discrete element method (cdem) Contact detection method Semi-spring Semi-edge LANDSLIDE
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DISCRETE AND CONTINUUM MODELLING OF GRANULAR FLOW 被引量:3
2
作者 H. P. Zhu Y. H. Wu A. B. Yu 《China Particuology》 SCIE EI CAS CSCD 2005年第6期354-363,共10页
This paper analyses three popular methods simulating granular flow at different time and length scales: discrete element method (DEM), averaging method and viscous, elastic-plastic continuum model. The theoretical ... This paper analyses three popular methods simulating granular flow at different time and length scales: discrete element method (DEM), averaging method and viscous, elastic-plastic continuum model. The theoretical models of these methods and their applications to hopper flows are discussed. It is shown that DEM is an effective method to study the fundamentals of granular flow at a particle or microscopic scale. By use of the continuum approach, granular flow can also be described at a continuum or macroscopic scale. Macroscopic quantities such as velocity and stress can be obtained by use of such computational method as FEM. However, this approach depends on the constitutive relationship of materials and ignores the effect of microscopic structure of granular flow. The combined approach of DEM and averaging method can overcome this problem. The approach takes into account the discrete nature of granular materials and does not require any global assumption and thus allows a better understanding of the fundamental mechanisms of granular flow. However, it is difficult to adapt this approach to process modelling because of the limited number of particles which can be handled with the present computational capacity, and the difficulty in handling non-spherical particles. Further work is needed to develoo an aoorooriate aooroach to overcome these problems. 展开更多
关键词 granular flow hopper flow discrete element method average method continuum approach
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基于连续介质模型的离散元方法中弹簧性质研究 被引量:17
3
作者 魏怀鹏 易大可 +2 位作者 李世海 刘晓宇 赵满洪 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第6期1159-1169,共11页
地质体材料的破坏演化过程是地质灾害防治工程中亟待解决的关键科学问题,也是力学的前沿课题。基于连续模型的离散元方法是研究该问题的一种数值方法。用求矩阵特征值的方法,推导基于连续介质模型的离散元方法中三维有限元刚度矩阵转化... 地质体材料的破坏演化过程是地质灾害防治工程中亟待解决的关键科学问题,也是力学的前沿课题。基于连续模型的离散元方法是研究该问题的一种数值方法。用求矩阵特征值的方法,推导基于连续介质模型的离散元方法中三维有限元刚度矩阵转化为离散元弹簧刚度的解析表达式,给出了不同条件下离散元弹簧的取法。研究立方体八节点单元中离散元弹簧的性质,得到棱弹簧、面对角线弹簧以及体对角线弹簧的刚度和方向表达式,给出这些弹簧刚度以及方向与泊松比的关系图。最后,将基于连续介质模型的离散元方法模型与Gusev模型、二维链网模型进行比较。对于泊松比为0.25时的平面应变问题,对于泊松比为1/3时的平面应力问题,基于连续介质模型的离散元方法模型与二维链网模型一致。在块体内部,基于连续介质模型的离散元方法模型与Gusev模型一致。且基于连续介质模型的离散元方法模型能模拟链网模型和Gusev模型都不能模拟边界单元,证明基于连续介质模型的离散元方法模型更具普遍性。 展开更多
关键词 岩土力学 离散元 有限元 连续介质模型
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离散元法研究的评述 被引量:151
4
作者 刘凯欣 高凌天 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期483-490,共8页
介绍了离散元法的基本理论、计算方法及其应用的现状和最新进展.从离散元法的离散模型特点及便于甄别与其它数值计算方法的关系的角度给予离散元法一个比较宽松的定义.在此基础上阐明了离散元方法与刚体-弹簧模型(rigid body spring mod... 介绍了离散元法的基本理论、计算方法及其应用的现状和最新进展.从离散元法的离散模型特点及便于甄别与其它数值计算方法的关系的角度给予离散元法一个比较宽松的定义.在此基础上阐明了离散元方法与刚体-弹簧模型(rigid body spring model,RBSM)方法,不连续变形分析(discontinuous deformation analysis,DDA)方法,分子动力学(molecular dynamics,MD)方法,三维离散元(discrete meso-element dynamic method,DM2)方法及无网格方法(meshless method)等数值计算方法的关系,并讨论了离散元法研究中亟待解决的问题和今后的发展方向. 展开更多
关键词 离散元法 连续介质力学 非连续介质力学 刚体-弹簧模型 数值计算 有限元法 边界元法
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基于颗粒单元接触的二维离散-连续耦合分析方法 被引量:32
5
作者 周健 邓益兵 +1 位作者 贾敏才 王家全 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1479-1484,共6页
结合离散单元法与有限差分法发展了离散–连续耦合分析方法。在中心区域采用离散元分析,其周围区域采用有限差分法分析。采用离散元中颗粒接触计算模型计算离散–连续交界面处的颗粒与单元相互接触作用,在连续单元中接触点速度按型函数... 结合离散单元法与有限差分法发展了离散–连续耦合分析方法。在中心区域采用离散元分析,其周围区域采用有限差分法分析。采用离散元中颗粒接触计算模型计算离散–连续交界面处的颗粒与单元相互接触作用,在连续单元中接触点速度按型函数对交界面处的节点速度进行插值,将与颗粒的接触力按权值函数分配到交界面节点上。通过PFC和FLAC的Socket I/O接口,实现二维离散–连续耦合分析,并通过对二维算例分析,表明了该耦合分析方法的有效性。 展开更多
关键词 离散单元法 有限差分法 离散–连续耦合 细观力学
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含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法研究 被引量:15
6
作者 王东 李广贺 +2 位作者 曹兰柱 徐晓惠 张立国 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第3期95-101,共7页
为了解决含顺倾弱层边坡弱层暴露长度的计算难题,综合考虑岩体赋存特征与滑体三维空间形态,构建含顺倾弱层边坡三维滑体的简化力学模型,分析滑体边界上的力学条件,基于极限平衡理论,推导获得确定弱层暴露长度的含顺倾弱层边坡三维稳定... 为了解决含顺倾弱层边坡弱层暴露长度的计算难题,综合考虑岩体赋存特征与滑体三维空间形态,构建含顺倾弱层边坡三维滑体的简化力学模型,分析滑体边界上的力学条件,基于极限平衡理论,推导获得确定弱层暴露长度的含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法。将该方法应用于白音华一号露天煤矿,并采用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)进行模拟验证。研究结果表明:白音华一号露天煤矿非工作帮边坡稳定系数Fs与弱层暴露长度L负相关,临界暴露长度约为500 m,允许暴露长度约为300 m;通过该方法确定的弱层暴露长度与模拟结果有显著的一致性。 展开更多
关键词 边坡稳定性 顺倾弱层 三维极限平衡法 暴露长度 基于连续介质力学的离散元方法(cdem)
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基于破裂度的堆积层滑坡危险性分析方法 被引量:7
7
作者 李世海 周东 刘天苹 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第S2期3909-3917,共9页
分析地表裂缝和滑面状态在滑坡灾害形成过程中表现出来的基本特征,建立地表裂缝和地质体内部破坏状态之间的联系。简单介绍基于连续介质力学的离散元法,对具体的、典型的滑坡进行数值模拟,发现数值模拟结果中的地表裂缝和材料强度有某... 分析地表裂缝和滑面状态在滑坡灾害形成过程中表现出来的基本特征,建立地表裂缝和地质体内部破坏状态之间的联系。简单介绍基于连续介质力学的离散元法,对具体的、典型的滑坡进行数值模拟,发现数值模拟结果中的地表裂缝和材料强度有某种相关性,并且存在一个地表最大破裂数。同时定义滑面贯穿时对应的破裂数为滑面最大破裂数。提出破裂度的概念,分地表破裂度和滑面破裂度,取值为滑坡相应位置当前破裂数与最大破裂数之比。研究发现,地表破裂度与滑面的贯通有明确的对应关系,可以直接描述地质体的危险程度,并基于此提出破裂度分析滑坡危险性的基本方法。地表破裂度与网格的划分数目、形状等参数的相关性不大。说明基于破裂度和CDEM分析方法判别滑坡体的危险度是可行的。 展开更多
关键词 工程地质 滑坡 破裂度 地表裂缝 基于连续介质力学的离散元法
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裂缝性油藏等效渗透率张量计算及表征单元体积研究 被引量:14
8
作者 李亚军 姚军 +1 位作者 黄朝琴 张凯 《水动力学研究与进展(A辑)》 CSCD 北大核心 2010年第1期1-7,共7页
给出了利用等效渗透率张量来确定裂缝性油藏表征单元体积的方法。根据裂缝系统属性参数的统计资料,利用裂缝网络模拟技术建立了离散裂缝网络模型。建立了求解裂缝性油藏等效渗透率张量的数学模型,并给出了边界元求解方法。在此基础上,... 给出了利用等效渗透率张量来确定裂缝性油藏表征单元体积的方法。根据裂缝系统属性参数的统计资料,利用裂缝网络模拟技术建立了离散裂缝网络模型。建立了求解裂缝性油藏等效渗透率张量的数学模型,并给出了边界元求解方法。在此基础上,提出裂缝性油藏表征单元体积的确定方法,分析了裂缝实际分布及其属性参数对研究区域渗透特性和表征单元体积的影响。研究结果为裂缝性油藏渗流分析的参数确定提供了理论依据。 展开更多
关键词 裂缝性油藏 离散裂缝网络 等效连续介质 渗透率张量 表征单元体积 边界元方法
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水平层状围岩铁路隧道地震动力响应特征研究 被引量:5
9
作者 欧尔峰 马学宁 严松宏 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2018年第5期88-93,共6页
研究目的:中国汶川8.0级特大地震中,均出现了大量隧道结构的严重震害。国内学者对隧道结构抗震进行了细致深入的研究,主要集中在复杂地质及破碎地段隧道地震反应、偏压隧道与隧道洞口段地震反应、隧道抗减震研究等方面。虽然目前关于隧... 研究目的:中国汶川8.0级特大地震中,均出现了大量隧道结构的严重震害。国内学者对隧道结构抗震进行了细致深入的研究,主要集中在复杂地质及破碎地段隧道地震反应、偏压隧道与隧道洞口段地震反应、隧道抗减震研究等方面。虽然目前关于隧道与地下结构抗震分析的研究颇丰,但大多是按照均匀连续介质模型进行模拟,考虑水平层状围岩特性的隧道结构动力响应分析还不多见。本文基于连续介质力学的离散元方法软件CDEM模拟水平岩层的结构面特性,主要针对不同水平岩层的厚度和不同地震动输入方向,共计12种计算工况,分析隧道衬砌关键部位的动力响应特性。研究结论:(1)结构面(层面)存在会引起主应力增加,产生相对位移,降低加速度,尤其对穿越中厚层状围岩的隧道要加强措施;(2)地震动方向对隧道衬砌大主应力的影响比较明显,特别对拱顶、墙腰、仰拱的大主应力(压应力)影响比较大,对拱顶的影响尤其明显,且岩层越薄,影响越大;(3)地震动方向对隧道衬砌拱顶的拉应力影响特别大,在竖向地震作用下,拱顶的拉应力将超过1.54 MPa,当岩层层厚为0.2 m时将超过2.66 MPa,已经超过了混凝土的抗拉强度,水平层状围岩隧道拱顶衬砌需加强;(4)该研究结论对类似地质条件下地下工程的建设具有指导意义。 展开更多
关键词 水平层状围岩 地震响应 基于连续介质力学的离散元方法 数值分析
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双面高陡岩质边坡地震滑坡机制的研究 被引量:7
10
作者 杨长卫 张建经 +1 位作者 张明 姚书灵 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期3261-3268,共8页
以国道G213左侧双面高陡岩质边坡为原型,采用新型连续介质离散元计算方法(CDEM),结合振动台试验结果,对高烈度地震作用下双面高陡岩质边坡的地震滑坡机制进行了研究。结果表明:在地震力和重力作用下,滑体顶部先出现拉应力集中,造成滑体... 以国道G213左侧双面高陡岩质边坡为原型,采用新型连续介质离散元计算方法(CDEM),结合振动台试验结果,对高烈度地震作用下双面高陡岩质边坡的地震滑坡机制进行了研究。结果表明:在地震力和重力作用下,滑体顶部先出现拉应力集中,造成滑体沿滑体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点;之后随着地震动的持续,滑体结构面上的剪切破坏点逐渐向滑体中前部的锁固段扩展,同时伴随着滑体表面拉伸破坏点的增加;最终造成锁固段发生渐进性破坏,滑体从剪出口滑出形成滑坡。滑床、滑体间运动的不一致性、地震动能量分布和耗散的差异性以及随地震烈度增大结构面强度的降低是诱发滑坡的3项主控影响因素。在地震动加速度较小时,滑床、滑体内加速度的瞬时频率基本一致,滑体结构面的能量透射系数及滑体内地震动能量的控制性频带均稳定在一定范围内;随着地震烈度的增加,滑体内加速度的瞬时频率逐渐下降,滑体结构面的能量透射系数逐渐减小,最后两者均趋于稳定,同时滑体内地震动能量的控制性频带也逐渐由高频带向低频带转移。 展开更多
关键词 连续介质离散元法(cdem) HILBERT-HUANG变换 地震 滑坡响应
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基于强度折减的离散单元法在岩质边坡稳定性分析中的应用 被引量:8
11
作者 周先齐 徐卫亚 +1 位作者 钮新强 郑文棠 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2008年第5期107-110,114,共5页
离散元方法是一种用于非连续介质的数值计算方法,适用于岩体断层、节理、裂隙比较发育的岩质高边坡稳定性分析。强度折减法是一种在边坡稳定性分析中应用比较广泛的数值方法,其所认定的强度储备系数跟极限平衡所提出的稳定安全系数是等... 离散元方法是一种用于非连续介质的数值计算方法,适用于岩体断层、节理、裂隙比较发育的岩质高边坡稳定性分析。强度折减法是一种在边坡稳定性分析中应用比较广泛的数值方法,其所认定的强度储备系数跟极限平衡所提出的稳定安全系数是等效的。将离散元方法与强度折减准则相结合,采用两套离散网格:密网格代表节理裂隙发育的工况;稀网格近似等效为岩体经过加固后完整性得到提高的工况,对构皮滩水垫塘高边坡进行了计算,分析了自然边坡及开挖边坡的稳定性,并对支护效果进行了评价,为工程的设计施工提供了参考。 展开更多
关键词 离散元法 强度折减 非连续介质 安全系数 位移矢量差
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汶川地震中国道G213左侧某典型高山河谷场地地震滑坡响应分析 被引量:6
12
作者 杨长卫 张建经 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1467-1475,共9页
以国道G213左侧一处包含河谷地形的高陡边坡为原型,采用新型离散元计算方法——基于连续模型的离散元方法(CDEM),对高烈度地震作用下高陡边坡上的堆积体滑坡由变形累计到破坏滑动的全过程进行模拟,并结合振动台试验结果,对该高陡边坡上... 以国道G213左侧一处包含河谷地形的高陡边坡为原型,采用新型离散元计算方法——基于连续模型的离散元方法(CDEM),对高烈度地震作用下高陡边坡上的堆积体滑坡由变形累计到破坏滑动的全过程进行模拟,并结合振动台试验结果,对该高陡边坡上堆积体的地震滑坡响应进行研究。研究结果表明,在地震力和重力作用下,堆积体顶部先出现应力集中,造成堆积体沿基岩–堆积体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点,之后随着地震动的持续,基岩–堆积体结构面上的剪切破坏点逐渐向堆积体中前部的锁固段扩展,同时伴随着堆积体表面拉伸破坏点的增加,最终造成锁固段发生渐进性破坏,堆积体从剪出口滑出形成滑坡。滑塌发生的时间与地震动峰值加速度到达的时间同步或稍微有所滞后。在高陡边坡地形中,以输入地震波为基准,不论是坡面还是坡体内,不同位置的峰值加速度沿坡高均有所放大,表现为竖向峰值加速度的放大效应>水平峰值加速度的放大效应,坡面峰值加速度的放大效应>坡体内峰值加速度的放大效应。在河谷地形中,以输入波为基准,不论是河床还是河岸两侧的斜坡,不同位置的峰值加速度沿高程均具有不同程度的放大;河谷对加速度放大效应的影响具有一定范围,且在该范围内水平加速度的放大效应>竖向加速度的放大效应,与坡面处加速度的放大效应刚好相反;加速度的放大效应具有一定的方向性,且该方向性与河岸两侧斜坡的坡度有关;加速度放大效应在河谷底部的分布具有不均匀性,距离河岸越近,加速度放大效应越强烈。 展开更多
关键词 边坡工程 基于连续模型的离散元方法 高山河谷 地震 滑坡响应 峰值加速度
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数值方法进展:从连续介质到离散粒子模型 被引量:9
13
作者 周瑞忠 周小平 吴琛 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第S1期228-239,共12页
数值方法经历了由连续介质到离散粒子模型的进展过程。无网格粒子方法正是离散粒子模型发展的产物,它在纳米时代显示出具大的发展潜能。介绍了无网格粒子方法的背景、原理及其与其他数值方法的区别,探讨了无网格法的基函数、权函数、影... 数值方法经历了由连续介质到离散粒子模型的进展过程。无网格粒子方法正是离散粒子模型发展的产物,它在纳米时代显示出具大的发展潜能。介绍了无网格粒子方法的背景、原理及其与其他数值方法的区别,探讨了无网格法的基函数、权函数、影响半径、本质边界条件、积分与离散方案等热点问题,列举了这种数值方法的应用现状。最后,介绍了自然单元法、多尺度计算概念、中值定理与局部边界积分方程等,并对无网格粒子方法在未来的发展进行展望。 展开更多
关键词 连续介质 离散粒子模型 无网格法 自然单元法 多尺度计算 中值定理 局部边界积分方程
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散状物料流动特性及仓体设计研究进展 被引量:9
14
作者 解本铭 朱晨 崔大妍 《煤矿机械》 北大核心 2005年第12期3-5,共3页
介绍了散状物料流动特性和仓体设计方面的研究成果,包括理论研究的连续介质模型、颗粒动理论模型和离散元模型,介绍了它们的基本原理;此外,还介绍了实验研究的Johanson In-dicizer System以及仓体设计方面的理论与实验研究;最后提出了... 介绍了散状物料流动特性和仓体设计方面的研究成果,包括理论研究的连续介质模型、颗粒动理论模型和离散元模型,介绍了它们的基本原理;此外,还介绍了实验研究的Johanson In-dicizer System以及仓体设计方面的理论与实验研究;最后提出了有待解决的问题。 展开更多
关键词 散状物料 连续介质 颗粒动理论 离散元法 实验研究
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颗粒材料多尺度分析的连接尺度方法 被引量:4
15
作者 李锡夔 万柯 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第5期889-900,共12页
提出了耦合细尺度上基于离散颗粒集合体模型的离散单元法(DEM)和粗尺度上基于Cosserat连续体模型的有限元法(FEM)的连接尺度方法(BSM)以研究颗粒材料的力学行为.采用Cosserat连续体模型和FEM模拟的粗尺度域覆盖全域,而采用离散颗粒集合... 提出了耦合细尺度上基于离散颗粒集合体模型的离散单元法(DEM)和粗尺度上基于Cosserat连续体模型的有限元法(FEM)的连接尺度方法(BSM)以研究颗粒材料的力学行为.采用Cosserat连续体模型和FEM模拟的粗尺度域覆盖全域,而采用离散颗粒集合体模型的DEM模拟的细尺度域仅限于需特别关注材料微结构演变和非连续变形行为的局部区域.对这两个区域间的界面提出了适当的界面条件及其实施方案.通过采用适当的连接尺度投影算子,空间离散的粗、细尺度耦合系统多尺度运动方程具有解耦的特点,并且允许分别求解,因而也允许分别采用不同时间步长对粗、细尺度进行计算,可极大地提高BSM的计算效率.二维地基数值算例结果说明了所陈述方法的可应用性,以及相对基于Cosserat连续体模型的FEM和基于离散颗粒集合体模型的DEM的优越性. 展开更多
关键词 颗粒材料 连接尺度方法 离散单元法 Cosserat连续体 多尺度
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有限—离散杂交元岩石爆破漏斗数值模拟研究 被引量:4
16
作者 安华明 LIU H-Y +2 位作者 汪旭光 施建俊 王辉 《爆破》 CSCD 北大核心 2016年第4期1-8,21,共9页
为了验证有限—离散杂交元模拟岩石爆破结果的真实性、可靠性,对岩石爆破漏斗产生过程进行了数值模拟。采用联合单一与弥散裂纹模型实现从有限元模拟到离散元模拟的转化,应用等截面管道模型模拟爆破气体对裂缝的扩张作用。模拟结果表明... 为了验证有限—离散杂交元模拟岩石爆破结果的真实性、可靠性,对岩石爆破漏斗产生过程进行了数值模拟。采用联合单一与弥散裂纹模型实现从有限元模拟到离散元模拟的转化,应用等截面管道模型模拟爆破气体对裂缝的扩张作用。模拟结果表明:有限—离散杂交元能够模拟出岩石爆破中应力波的产生、传播及在自由面反射的整个过程,能够再现岩石破碎的产生、裂隙的扩展及碎石的抛掷过程。模拟出的岩石爆破的主要分区,即破碎区、裂隙区、和弹性区,与理论研究相符,监测点的应力时程曲线与文献中的结果具用相同特征。因此有限—离散杂交元能够模拟出爆破漏斗产生的整个动态过程,为岩石爆破理论的研究提供了新的手段。 展开更多
关键词 有限—离散杂交元 连续到不连续转化 爆破漏斗 自由面 岩石爆破 破裂破碎
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基于细观方向平均模型的颗粒材料宏观Cosserat连续体本构关系 被引量:2
17
作者 刘其鹏 李锡夔 楚锡华 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期682-687,共6页
提出了基于细观微-方向模型(Micro-Directional Model)的宏观Cosserat连续体本构关系。在细观尺度上考虑颗粒旋转自由度及接触力矩,微结构的影响通过接触分布函数体现。给出均质各向同性Cosserat连续体模型弹性常数的细观参数表达式,并... 提出了基于细观微-方向模型(Micro-Directional Model)的宏观Cosserat连续体本构关系。在细观尺度上考虑颗粒旋转自由度及接触力矩,微结构的影响通过接触分布函数体现。给出均质各向同性Cosserat连续体模型弹性常数的细观参数表达式,并建议了二维情况下内尺度参数的细观力学表达式。对颗粒材料宏观行为分别进行离散单元法数值模拟和基于本文所给表达式的理论预测,二者的一致性说明了所发展模型的有效性。 展开更多
关键词 颗粒材料 Cosserat连续体 离散颗粒集合体 微-方向模型 离散单元法
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离散颗粒集合体-Cosserat连续体模型的连接尺度方法 被引量:3
18
作者 万柯 李锡夔 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第3期368-374,共7页
基于针对分子动力学-Cauchy连续体模型提出的连接尺度方法(BSM)[1,2],发展了耦合细尺度上基于离散颗粒集合体模型的离散单元法(DEM)和粗尺度上基于Cosserat连续体模型的有限元法(FEM)的BSM。仅在有限局部区域内采用DEM以从细观层次模拟... 基于针对分子动力学-Cauchy连续体模型提出的连接尺度方法(BSM)[1,2],发展了耦合细尺度上基于离散颗粒集合体模型的离散单元法(DEM)和粗尺度上基于Cosserat连续体模型的有限元法(FEM)的BSM。仅在有限局部区域内采用DEM以从细观层次模拟非连续破坏现象,而在全域则采用花费计算时间和存储空间较少的FEM。通过连接尺度位移(包括平移和转动)分解,和基于作用于Cosserat连续体有限元节点和颗粒集合体颗粒形心的离散系统虚功原理,得到了具有解耦特征的粗细尺度耦合系统运动方程。讨论和提出了在准静态载荷条件下粗细尺度域的界面条件,以及动态载荷条件下可以有效消除粗细尺度域界面上虚假反射波的非反射界面条件(NRBC)。本文二维数值算例结果说明了所提出的颗粒材料BSM的可应用性和优越性,及所实施界面条件对模拟颗粒材料动力学响应的有效性。 展开更多
关键词 颗粒材料 连接尺度方法 离散单元法 Cosserat连续体 多尺度 非反射边界条件
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Biot-Cosserat连续体-离散颗粒集合体模型的非饱和土连接尺度方法 被引量:3
19
作者 万柯 李锡夔 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第3期297-303,共7页
耦合了非饱和多孔多相介质有限元模型和颗粒介质离散元(DEM)模型,提出了以宏、细观尺度分别耦合Biot-Cosserat连续体模型和离散颗粒集合体模型的连接尺度方法来分析非饱和含液颗粒材料的力学渗流耦合问题。根据被动空气压力假定和对空... 耦合了非饱和多孔多相介质有限元模型和颗粒介质离散元(DEM)模型,提出了以宏、细观尺度分别耦合Biot-Cosserat连续体模型和离散颗粒集合体模型的连接尺度方法来分析非饱和含液颗粒材料的力学渗流耦合问题。根据被动空气压力假定和对空间离散孔隙水质量守恒方程的约化,从非饱和土有限元控制方程的基本未知量中消去了孔隙水压力,而将其取作有限元积分点上定义取值的内状态变量,进而建立了节点未知量仅包含固相线位移和转角的非饱和Cosserat多孔连续体约化有限元数值模型。基于连接尺度方法(BSM)宏、细观尺度数值过程的解耦计算的特点,对宏、细观两尺度数值模型的时域积分分别采用隐式Newmark方法和显式中心差分法,且取不同时间步长以提高计算效率。与全域采用DEM的精细分析方法相比,本文BSM在保证计算精度的前提下可大幅节省计算时间。在不考虑湿化效应的边坡稳定算例中,在得到类似计算精度条件下它比全域采用DEM节省计算时间高达86.65%。二维边坡稳定算例结果验证了本文连接尺度方法的有效性,以及在揭示含液颗粒结构细观破坏机理上的优点。数值算例结果显示,边坡承载能力因降雨大幅下降约50%,这表明本文发展的计及伴随湿化过程的颗粒材料结构中饱和度及吸力分布演变及其对结构破坏失效影响的非饱和颗粒材料多尺度计算模型是很有必要的。 展开更多
关键词 非饱和土 多孔多相介质 多尺度 Cosserat连续体 离散单元法
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利用连接尺度方法的颗粒材料破碎数值分析 被引量:1
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作者 王增会 李锡夔 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期656-661,共6页
基于已有的颗粒材料连接尺度方法(BSM)[1-2],发展了在细尺度上采用离散颗粒集合体模型与离散单元法(DEM)并引入了颗粒破碎模型,而在粗尺度上采用Cosserat连续体模型与有限单元法(FEM)的BSM。仅在有限局部区域内采用DEM从细观层次关注颗... 基于已有的颗粒材料连接尺度方法(BSM)[1-2],发展了在细尺度上采用离散颗粒集合体模型与离散单元法(DEM)并引入了颗粒破碎模型,而在粗尺度上采用Cosserat连续体模型与有限单元法(FEM)的BSM。仅在有限局部区域内采用DEM从细观层次关注颗粒材料破碎现象,而在全域采用储存空间和花费时间较少的FEM,同时在粗细两个尺度采用不同的时间步长。讨论了颗粒材料发生破碎时,颗粒材料结构的承载能力与微结构的演变。数值算例结果说明了所提出可模拟破碎的BSM的可用性和优越性,以及颗粒破碎对颗粒材料微观力学行为的影响。 展开更多
关键词 颗粒材料 颗粒破碎 有限元法 离散单元法 COSSERAT 连续体 连接尺度方法
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