基于离散元法的砂卵石土侵彻数值模拟研究

摘要

砂卵石土具有压实性好、抗剪强度高等优良的工程特性，并且取材方便、绿色环保，在土木工程、水利工程和交通工程等基础工程领域广泛应用。砂卵石土是一种散体介质，其组分不单一，且各组分的力学特性差异很大，破坏时没有明显的塑性区。采用传统的连续介质力学模型对砂卵石土进行数值分析已不再合适，颗粒离散元法为此类问题的研究提供了一种有效的途径。基于颗粒离散元法，以军用机场跑道为工程背景，主要研究内容及相关结论如下:
　　(1)介绍颗粒离散元法的基本原理及主要思想，并通过颗粒离散元法建立砂卵石土随机颗粒模型，在此基础上，通过程序的控制及函数的嵌套，建立砂卵石土随机多面体颗粒模型。
　　(2)采用颗粒离散元法模拟砂卵石土直剪试验，分析砂卵石土颗粒级配、颗粒形状以及细观力学参数对砂卵石土宏观力学特性的影响规律，并通过试验与数值模拟相结合，反演出一套适用于砂卵石土的颗粒离散元细观力学参数。
　　(3)通过建立Hanchak侵彻混凝土靶板试验模型，模拟弹体以不同初始速度侵彻混凝土靶板，对比数值模拟结果与试验结果，剩余速度的偏差均在允许范围内，验证离散元法侵彻模型及程序算法的有效性。
　　(4)采用颗粒离散元法建立弹体侵彻砂卵石土靶板数值模型，模拟刚性弹体穿靶的过程，分析不同级配砂卵石土以及砂卵石土所处微压的不同对弹体侵彻过程的影响，为砂卵石土动态力学特性的研究提供一定的参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 砂卵石土侵彻特性研究现状

1．3 离散元法的基本思路及发展状况

1．4 本文研究的主要内容

2 三维颗粒离散元法的基本原理

2．1 离散元法的基本思路

2．2 离散元法的物理模型

2．2．1 物理方程—力与位移的关系

2．2．2 运动方程—牛顿第二定律

2．3 离散元法的本构方程

2．3．1 接触刚度模型

2．3．2 Coulomb滑移模型

2．3．3 粘结模型

3 砂卵石土细观参数的标定

3．1 砂卵石土直剪试验

3．1．1 室内直剪试验

3．1．2 数值模型的建立

3．1．3 数值模拟结果分析

3．2 细观参数的选取

3．3 小结

4 砂卵石侵彻模型的有效性验证

4．1 Hanchak穿透试验简介

4．2 数值建模及细观参数选取

4．2．1 数值模型

4．2．2 参数选取

4．2．3 结果分析

4．3 小结

5 砂卵石土的侵彻特性研究

5．1 侵彻模型的建立

5．2 颗粒级配对侵彻特性的影响

5．3 内部微压对侵彻特性的影响

5．4 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及研究成果