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一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法

閱讀：557發(fā)布：2023-03-07

專利匯可以提供一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法，法向 剛度 、顆粒 摩擦系數(shù) 和黏性阻尼率三種細(xì)觀參數(shù)，具體步驟如下：步驟1，標(biāo)定法向剛度Kn：步驟1.1：先假定一個(gè)法向剛度；步驟1.1.1：再做數(shù)值側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)并得到豎向壓 力 -位移曲線；步驟1.2：判斷步驟1.1.1得到的豎向壓力-位移曲線是否和參考實(shí)驗(yàn)(室內(nèi)實(shí)驗(yàn))吻合；步驟1.3：如吻合，即假定法向剛度就是顆粒材料的真實(shí)法向剛度，確定法向剛度Kn，如不吻合，改變法向剛度的值并重復(fù)步驟1.1.1與步驟1.2；步驟2，標(biāo)定顆粒摩擦系數(shù)：步驟2.1：采用步驟1.3得出的法向剛度Kn。優(yōu)點(diǎn)在于：將主要標(biāo)定對(duì)象有：法向剛度，顆粒之間摩擦系數(shù)和黏性阻尼率能較好地進(jìn)行標(biāo)定，方便進(jìn)行離散元技術(shù)的研究。，下面是一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于：法向剛度、顆粒摩擦系數(shù)和黏性阻尼率三種細(xì)觀參數(shù)，具體步驟如下：
步驟1，標(biāo)定法向剛度Kn：
步驟1.1：先假定一個(gè)法向剛度；
步驟1.1.1：再做數(shù)值側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)并得到豎向壓力-位移曲線；
步驟1.2：判斷步驟1.1.1得到的豎向壓力-位移曲線是否和參考實(shí)驗(yàn)(室內(nèi)實(shí)驗(yàn))吻合；
步驟1.3：如吻合，即假定法向剛度就是顆粒材料的真實(shí)法向剛度，確定法向剛度Kn，如不吻合，改變法向剛度的值并重復(fù)步驟1.1.1與步驟1.2；
步驟2，標(biāo)定顆粒摩擦系數(shù)：
步驟2.1：采用步驟1.3得出的法向剛度Kn，先假定一個(gè)摩擦系數(shù)；
步驟2.1.1：再做數(shù)值休止角試驗(yàn)并得到數(shù)值休止角；
步驟2.2：判斷數(shù)值休止角是否和實(shí)驗(yàn)測定的休止角一致；
步驟2.3：如一致，即假定摩擦系數(shù)就是材顆粒真實(shí)的摩擦系數(shù)，如果不一致，改變顆粒摩擦系數(shù)的值并重復(fù)步驟2.1.1與步驟2.2；
步驟3，標(biāo)定黏性阻尼率：
采用數(shù)值自由落體，由恢復(fù)系數(shù)和黏性阻尼率的關(guān)系確定顆粒之間黏性阻尼率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法，其特征在于，步驟3中所述的“采用數(shù)值自由落體，由恢復(fù)系數(shù)和黏性阻尼率的關(guān)系確定顆粒之間黏性阻尼率”的具體步驟如下：
假設(shè)自由落體運(yùn)動(dòng)方程為：
式中，k為球和地面的綜合接觸剛度；y為縱坐標(biāo)，即物體距離地面高度；R為顆粒半徑；m為顆粒質(zhì)量；g為重力加速度；c為阻尼；
初始條件為：
根據(jù)式(I)與(II)解析解為：
1)位移：
2)速度：
3)加速度：
對(duì)于單顆粒和固定剛體的碰撞，恢復(fù)系數(shù)的定義是顆粒碰撞后和碰撞前的速度比值，即
式中υafter是顆粒碰撞后的速度，υbefore是顆粒碰撞后的速度；
其實(shí)質(zhì)是描述碰撞過程中的能量的耗散多少，恢復(fù)系數(shù)也可以用能量來表示，即式中Eafter是顆粒碰撞后的動(dòng)能，Ebefore是顆粒碰撞后的動(dòng)能；
根據(jù)式(III)、(IV)、(V)、(VI)和(VII)并經(jīng)過分析得，黏性阻尼率β的值按下式：
β＝a·Crb+a＝0.7267Cr-0.4331-0.7267。

說明書全文

一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及離散元數(shù)值仿真模擬技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

[0002] 離散元法是專門用來解決不連續(xù)介質(zhì)問題的數(shù)值模擬方法。該方法把節(jié)理巖體視為由離散的巖塊和巖塊間的節(jié)理面所組成,允許巖塊平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和變形,而節(jié)理面可被壓縮、分離或滑動(dòng)。因此,巖體被看作一種不連續(xù)的離散介質(zhì)。其內(nèi)部可存在大位移、旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)乃至塊體的分離,從而可以較真實(shí)地模擬節(jié)理巖體中的非線性大變形特征。離散元法的一般求解過程為:將求解空間離散為離散元單元陣,并根據(jù)實(shí)際問題用合理的連接元件將相鄰兩單元連接起來；單元間相對(duì)位移是基本變量,由力與相對(duì)位移的關(guān)系可得到兩單元間法向和切向的作用力；對(duì)單元在各個(gè)方向上與其它單元間的作用力以及其它物理場對(duì)單元作用所引起的外力求合力和合力矩,根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)第二定律可以求得單元的加速度；對(duì)其進(jìn)行時(shí)間積分,進(jìn)而得到單元的速度和位移。從而得到所有單元在任意時(shí)刻的速度、加速度、角速度、線位移和轉(zhuǎn)角等物理量。
[0003] 離散元技術(shù)在巖土、礦冶、農(nóng)業(yè)、食品、化工、制藥和環(huán)境等領(lǐng)域有廣泛地應(yīng)用，可分為分選、凝聚、混合、裝填和壓制、推鏟、儲(chǔ)運(yùn)、粉碎、爆破、流態(tài)化等過程。顆粒離散元法在上述領(lǐng)域均有不少應(yīng)用：料倉卸料過程的模擬；堆積、裝填和壓制；顆?；旌线^程的模擬。離散元法在巖土工程、地質(zhì)工程和能源開采領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
[0004] 在離散元數(shù)值仿真模擬中，細(xì)觀參數(shù)的標(biāo)定是最關(guān)鍵的問題之一，主要細(xì)觀參數(shù)為：法向剛度、顆粒之間摩擦系數(shù)和黏性阻尼率。這三個(gè)量一旦確定，離散元數(shù)值模擬的結(jié)果就可以很好的代表實(shí)際試驗(yàn)材料的力學(xué)試驗(yàn)。而現(xiàn)有技術(shù)中沒有好的方法來標(biāo)定。
[0005] 為解決上述問題，我們提出了一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法。

發(fā)明內(nèi)容

[0006] 本發(fā)明的目的是為了解決背景技術(shù)中的問題，而提出的一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法，法向剛度、顆粒摩擦系數(shù)和黏性阻尼率三種細(xì)觀參數(shù)，具體步驟如下：
[0008] 步驟1，標(biāo)定法向剛度Kn：
[0009] 步驟1.1：先假定一個(gè)法向剛度；
[0010] 步驟1.1.1：再做數(shù)值側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)并得到豎向壓力-位移曲線；
[0011] 步驟1.2：判斷步驟1.1.1得到的豎向壓力-位移曲線是否和參考實(shí)驗(yàn)(室內(nèi)實(shí)驗(yàn))吻合；
[0012] 步驟1.3：如吻合，即假定法向剛度就是顆粒材料的真實(shí)法向剛度，確定法向剛度Kn，如不吻合，改變法向剛度的值并重復(fù)步驟1.1.1與步驟1.2；
[0013] 步驟2，標(biāo)定顆粒摩擦系數(shù)：
[0014] 步驟2.1：采用步驟1.3得出的法向剛度Kn，先假定一個(gè)摩擦系數(shù)；
[0015] 步驟2.1.1：再做數(shù)值休止角試驗(yàn)并得到數(shù)值休止角；
[0016] 步驟2.2：判斷數(shù)值休止角是否和實(shí)驗(yàn)測定的休止角一致；
[0017] 步驟2.3：如一致，即假定摩擦系數(shù)就是材顆粒真實(shí)的摩擦系數(shù)，如果不一致，改變顆粒摩擦系數(shù)的值并重復(fù)步驟2.1.1與步驟2.2；
[0018] 步驟3，標(biāo)定黏性阻尼率：
[0019] 采用數(shù)值自由落體，由恢復(fù)系數(shù)和黏性阻尼率的關(guān)系確定顆粒之間黏性阻尼率。
[0020] 在上述的離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法中，步驟3中所述的“采用數(shù)值自由落體，由恢復(fù)系數(shù)和黏性阻尼率的關(guān)系確定顆粒之間黏性阻尼率”的具體步驟如下：
[0021] 假設(shè)自由落體運(yùn)動(dòng)方程為：
[0022]
[0023] 式中，k為球和地面的綜合接觸剛度；y為縱坐標(biāo)，即物體距離地面高度；R為顆粒半徑；m為顆粒質(zhì)量；g為重力加速度；c為阻尼；
[0024] 初始條件為：
[0025]
[0026] 根據(jù)式(I)與(II)解析解為：
[0027] 1)位移：
[0028]
[0029] 2)速度：
[0030]
[0031] 3)加速度：
[0032]
[0033] 對(duì)于單顆粒和固定剛體的碰撞，恢復(fù)系數(shù)的定義是顆粒碰撞后和碰撞前的速度比值，即
[0034] 式中υafter是顆粒碰撞后的速度，υbefore是顆粒碰撞后的速度；
[0035] 其實(shí)質(zhì)是描述碰撞過程中的能量的耗散多少，恢復(fù)系數(shù)也可以用能量來表示，即[0036] 式中Eafter是顆粒碰撞后的動(dòng)能，Ebefore是顆粒碰撞后的動(dòng)能；
[0037] 根據(jù)式(III)、(IV)、(V)、(VI)和(VII)并經(jīng)過分析得，黏性阻尼率β的值按下式：
[0038] β＝a·Crb+a＝0.7267Cr-0.4331-0.7267。
[0039] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0040] 本發(fā)明公開了一種離散元線性模型細(xì)觀參數(shù)的標(biāo)定方法，將主要標(biāo)定對(duì)象有：法向剛度，顆粒之間摩擦系數(shù)和黏性阻尼率能較好地進(jìn)行標(biāo)定，方便進(jìn)行離散元技術(shù)的研究。附圖說明
[0041] 圖1為本發(fā)明提出的一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法標(biāo)定法向剛度中的參考試驗(yàn)與模擬數(shù)據(jù)的幾何示意圖；
[0042] 圖2為本發(fā)明提出的一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法數(shù)值休止角的實(shí)驗(yàn)示意圖；
[0043] 圖3為本發(fā)明提出的一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法數(shù)值自由落體的示意圖。

具體實(shí)施方式

[0044] 以下實(shí)施例僅處于說明性目的，而不是想要限制本發(fā)明的范圍。
[0045] 實(shí)施例
[0046] 參照?qǐng)D1-3，一種離散元模擬中的細(xì)觀參數(shù)標(biāo)定方法，法向剛度、顆粒摩擦系數(shù)和黏性阻尼率三種細(xì)觀參數(shù)，具體步驟如下：
[0047] 步驟1，標(biāo)定法向剛度Kn：
[0048] 步驟1.1：先假定一個(gè)法向剛度；
[0049] 步驟1.1.1：再做數(shù)值側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)并得到豎向壓力-位移曲線；
[0050] 步驟1.2：判斷步驟1.1.1得到的豎向壓力-位移曲線是否和參考實(shí)驗(yàn)(室內(nèi)實(shí)驗(yàn))吻合；
[0051] 步驟1.3：如吻合，即假定法向剛度就是顆粒材料的真實(shí)法向剛度，確定法向剛度Kn，如不吻合，改變法向剛度的值并重復(fù)步驟1.1.1與步驟1.2，直至數(shù)值側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)并得到豎向壓力-位移曲線與參考實(shí)驗(yàn)(室內(nèi)實(shí)驗(yàn))吻合；
[0052] 步驟2，標(biāo)定顆粒摩擦系數(shù)：
[0053] 步驟2.1：采用步驟1.3得出的法向剛度Kn，先假定一個(gè)摩擦系數(shù)；
[0054] 步驟2.1.1：再做數(shù)值休止角試驗(yàn)并得到數(shù)值休止角；
[0055] 步驟2.2：判斷數(shù)值休止角是否和實(shí)驗(yàn)測定的休止角一致；
[0056] 步驟2.3：如一致，即假定摩擦系數(shù)就是材顆粒真實(shí)的摩擦系數(shù)，如果不一致，改變顆粒摩擦系數(shù)的值并重復(fù)步驟2.1.1與步驟2.2，到數(shù)值實(shí)驗(yàn)得到的休止角和實(shí)驗(yàn)休止角一致時(shí)，即可確定顆粒摩擦系數(shù)；
[0057] 步驟3，標(biāo)定黏性阻尼率：
[0058] 采用數(shù)值自由落體，由恢復(fù)系數(shù)和黏性阻尼率的關(guān)系確定顆粒之間黏性阻尼率。
[0059] 步驟3中所述的“采用數(shù)值自由落體，由恢復(fù)系數(shù)和黏性阻尼率的關(guān)系確定顆粒之間黏性阻尼率”的具體步驟如下：
[0060] 假設(shè)自由落體運(yùn)動(dòng)方程為：
[0061]
[0062] 式中，k為球和地面的綜合接觸剛度；y為縱坐標(biāo)，即物體距離地面高度；R為顆粒半徑；m為顆粒質(zhì)量；g為重力加速度；c為阻尼；
[0063] 初始條件為：
[0064]
[0065] 根據(jù)式(I)與(II)解析解為：
[0066] 1)位移：
[0067]
[0068] 2)速度：
[0069]
[0070]
[0071] 3)加速度：
[0072]
[0073] 對(duì)于單顆粒和固定剛體的碰撞，恢復(fù)系數(shù)的定義是顆粒碰撞后和碰撞前的速度比值，即
[0074] 式中υafter是顆粒碰撞后的速度，υbefore是顆粒碰撞后的速度；
[0075] 其實(shí)質(zhì)是描述碰撞過程中的能量的耗散多少，恢復(fù)系數(shù)也可以用能量來表示，即[0076] 式中Eafter是顆粒碰撞后的動(dòng)能，Ebefore是顆粒碰撞后的動(dòng)能；
[0077] 根據(jù)式(III)、(IV)、(V)、(VI)和(VII)并經(jīng)過分析得，黏性阻尼率β的值按下式：
[0078] β＝a·Crb+a＝0.7267Cr-0.4331-0.7267。
[0079] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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