球体颗粒随机堆积的三维动态模拟

摘要

介绍了三维球体离散单元法的基本原理和求解过程。在边长分别为球半径15,20和25倍的刚性立方体盒内,随机生成单一球体堆积模型的基础上,利用离散单元法动态模拟该模型自重作用下的堆积过程。追踪了单个颗粒堆积运动轨迹,以研究颗粒的重排,并分析了堆积密度和配位数分布这两个反映堆积结构的重要参数，分别为0.0667,0.05和0.04(r,α分别为球半径和容器边长)下的初始堆积密度分别为0.4850.0.5007和0.5123,离散单元法计算后的最终密度分别为0.4924,0.5169和0.5274。线性外推得到零边界影响的初始和最终堆积密度分别为0.5524和0.5817,结构趋于致密、均匀。该方法为模拟多相颗粒体(如沥青混合料、混凝土拌合料等)的堆积规律、级配及几何形态莫定了基础。