颗粒材料应变局部化的多尺度模拟

摘要

本文提出一种通过耦合有限元及离散元的多尺度模拟方法,对颗粒材料的宏微观特性进行系统有效研究,并将该方法应用于颗粒材料中应变局部化问题.该多尺度方法利用有限元模拟离散边值问题,并从镶嵌于每个高斯点的离散元代表单元体提取本构关系用于整体求解.该多尺度模型不仅能够避免传统连续方法对基于唯像假设的本构关系的依赖,又能克服单纯离散元不能有效模拟大尺度工程问题的弊病,同时还能有效将宏观观测与材料的细微观机制有效关联.本文通过两个工程应用实例展示该多尺度模型的有效性.第一个算例为中密沙双轴压缩试验中剪切带的形成过程及其宏微观特性变化.第二个算例为挡土墙土体的破坏试验中主动和被动土压力模式下局部化破坏模拟及机理分析.这两个算例充分展示了该多尺度模拟方法在颗粒材料基本特性研究及其实际工程应用方面良好的运用前景.