单颗粒压缩破碎统计特征的离散元模拟研究

作     者：徐琨 周伟 马刚 张亚楠 黄泉水 

作者单位：武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室 

会议名称：《中国力学大会-2017暨庆祝中国力学学会成立60周年大会》

会议日期：2017年

学科分类：08[工学] 080102[工学-固体力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(No.51509190 51579193)资助项目 

关 键 词：颗粒破碎 离散元法 单颗粒压碎试验 碎片尺寸分布 分形维数 

摘      要：颗粒破碎对颗粒集合体的力学响应有着显著的影响。目前,碎片替代方法被广泛应用于考虑颗粒破碎的离散元数值模拟研究中,但碎片替代方法中碎片替换模式的构建仍缺少理论依据和试验数据支撑。本文开展了一系列单颗粒压碎的离散元数值模拟试验,收集和研究了单颗粒破碎后碎片分布的统计特征,以期为碎片替代模式的构建提供参考。研究表明分形维数可以用来描述单颗粒的破碎程度;Weibull分布能较好的反映所有单颗粒压碎后的分形维数的分布特征;特征分形维数随着压缩位移的增大而增加,表明颗粒的破碎基本上是一个逐渐演化的过程,因此应依据颗粒第一次集中破碎时的碎片信息来构建碎片替换模式。此外,研究结果表明颗粒破碎基本分为三种形态,与现有物理试验结果相似,深入研究这三类破碎形态下碎片的尺寸分布能为碎片替换模式的构建提供一定的参考。