小麦PFC模型细观参数标定方法的验证与分析

为了验证PFC模型细观参数标定方法的可行性,以小麦试样为例,根据PFC软件提供的模型细观参数标定方法的要求,在实验室进行了三轴压缩试验,并利用PFC软件对实验室三轴压缩试验进行了数值模拟。结果表明:通过反复调整PFC模型细观参数能够使数值模拟结果与试验结果基本一致,但很难使二者完全吻合。同等条件下,数值模型的颗粒摩擦系数对偏应力峰值的影响显著,颗粒法向刚度控制偏应力-应变关系曲线的初始斜率,颗粒孔隙率影响偏应力-应变关系曲线达到峰值后的平缓趋势。

基于下落法的PFC3D岩土模型构建及应用

使用PFC3D按照其用户手册上的步骤构建模型时,存在半径放大系数(mul)确定困难、构造的不同属性颗粒体的边界连接程度难以保证等问题。由此,提出了基于"下落法(Particles Fall Method,PFM)"的PFC3D岩土模型的构造方法。该方法根据颗粒岩体的自然形成过程,在规定区域内使颗粒自然下落堆积、压实和充分接触,然后通过删除规定形状外的颗粒进行构型,计算至平衡得到初始地应力场。与经典步骤相比该方法不用计算mul,不用建立边坡墙和土层间的分界墙,不用消除悬浮颗粒;但增加了颗粒下落计算和构型过程。提供了整体下落法(Overall Particles Fall Method,OPFM)和分层下落法(Hierarchical Particles Fall Method,HPFM)两种方式。通过实际工程分析,总体上模型的精确度和构造便捷程度优于经典方法,一次模型构建的成功率较高。

基于PFC2D的综放开采顶煤冒放规律数值模拟

为了更加形象地研究顶煤冒放形态特征、宏观地把破碎的散体看作非理想状态下随机流动的松散介质.以某矿1302N大采高综放工作面为工程背景,利用离散元散体颗粒流软件PFC2D建立放顶煤二维横剖面模型,主要研究顶煤位移、煤矸动场变化、放出体衍化以及超前支承压力分布等现象.研究对比得出:顶煤流动规律方面,走向上放煤步距增大,顶煤的始动点边界线前移,顶煤运移范围增大;倾向上间隔放煤的煤损主要集中于同一轮放煤支架间的漏斗煤损.煤矸流场规律方面,采高增大煤矸分界线逐渐变陡;放煤步距增大,煤矸分界线始终保持双线形态前移.矿压显现规律方面,顶煤的硬度增大,顶煤分区中范围逐渐缩小,即超前支承压力峰值区向煤壁靠拢;采放比增大,超前支承压力峰值区远离煤壁,综放开采顶煤破碎后的流动特点和运移路径的数值模拟研究,有利于掌握散体顶煤的放出规律,据此对放煤工艺参数进行针对性的优化设计,对提高煤炭资源采出率具有重要意义.

纳米孔洞发射位错的愈合机理研究

孔洞影响材料的使用寿命,因此孔洞愈合的机理研究有重要意义。本研究采用晶体相场(Phase Field Crystal,PFC)模型,研究纳米孔洞缺陷在单轴压应变作用下的微观愈合过程中位错发射的特征。结果表明,在压应变作用下,体系能量累积到某一临界值时,孔洞发生变形并长出凸口,在凸口处位错开始萌生。随着压应变的增加,凸口处位错开始发射,使得孔洞不断缩小,最终通过该方式实现孔洞愈合。上述结果表明,位错发射机制是纳米孔洞愈合的主要形式,对防止材料裂纹的扩展以及提高材料的寿命具有重要的理论意义。

超高周疲劳作用下花岗岩裂纹演化过程研究

为探索超高周疲劳作用下花岗岩内部裂纹的演化机理,构建符合矿物实际分布特征的颗粒流模型,对其进行超声疲劳加载,通过超声疲劳试验加以验证。结果表明:超高周疲劳作用下,花岗岩微裂纹主要由拉张应力机制产生的。在宏观裂纹出现前,矿物晶体边界微裂纹占主导,随宏观裂纹出现,晶内裂纹占比逐渐增大并处于主导地位。

TBM滚刀-岩石二次冲击破坏分析

全断面隧道掘进机(TBM)技术在隧道掘进领域得到越来越广泛的采用,滚刀-岩石的相互作用机理是TBM技术的核心,现有的研究主要聚焦于滚刀-岩石的一次相互作用,忽视了二者之间动态的复杂作用关系。文章采用室内全尺寸滚刀线性切割试验,研究了滚刀破岩所形成岩屑的几何分布特征,并通过颗粒流方法(PFC)模拟研究滚刀破岩过程以及岩石破碎体的物理力学性质。在岩屑特征分析的基础上,采用ABAQUS建立滚刀与岩屑相互作用的动态模型,计算分析滚刀刀圈的疲劳破坏过程。研究结果表明,岩体结构导致滚刀破岩形成不规则形状与大小的岩屑或岩块,并使得滚刀承受二次冲击作用,最终出现异常磨损或冲击破坏。

沥青混合料细观结构离散元分析

为了在细观层次上分析沥青混合料的力学特性,本文用多边形单元模拟粗集料,球形单元粘结在一起模拟沥青玛蹄脂,在细观尺度上建立比较直观、清晰的离散元数值模型,采用3种接触模型描述沥青混合料内部的相互作用,并进行单轴压缩虚拟试验,分析沥青混合料的变形与应力情况。论文对虚拟试验结果进行分析,得出一些重要结论,并对本文的后继研究提出有意义的建议。

含水泥岩卸荷蠕变数值模拟及劣化机制研究

为揭示含水泥岩卸荷蠕变破坏机制,开展不同含水率泥岩升轴压卸围压蠕变试验、细观结构测试及数值模拟分析。试验结果表明,含水率对泥岩蠕变变形影响显著,且同一蠕变应力水平下,轴向应变受含水率影响显著大于侧向。SEM图像分析表明,含水率增大导致泥岩内部孔隙度增大,矿物颗粒被溶解弱化,由致密程度好、强度高向强度低、疏松多孔不规则的堆积结构转化;并基于真实的泥岩细观结构特征,生成了统计学上等价的细观结构网络,建立了相应的GBM-PSC数值模型,并进行了验证。数值模拟计算结果发现,各类微裂纹数量均随含水率增大而增加,晶内张拉裂纹数量呈先增大后稳定再增大趋势,而晶间剪切裂纹数量则随含水率增大而持续增加;接触切向力角度偏转值及平均孔隙度均随卸荷蠕变时间增大呈先减小后稳定再增大趋势,且含水率越大,变化趋势越显著。最后,建立干燥及含水泥岩三阶段卸荷蠕变劣化演化模型。研究结果可为水作用下软岩工程开挖卸荷蠕变变形破坏机制研究提供一定的理论参考。