砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法技术

本发明专利技术公开了一种砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法，包括如下步骤：建立砂土垫层颗粒模型，假设垫层中沙子颗粒为球形颗粒；在指定空间内将多个球形颗粒逐一投放生成初始垫层模型；在重力、振动和边界约束下对初始垫层模型进行密实；对密实过程中所有球形颗粒的运动方程进行求解，得到密实垫层模型中所有球形颗粒的空间位置和运动状态；根据球形颗粒的空间位置和运动状态对密实垫层模型进行落石冲击垫层试验。本发明专利技术在初始垫层模型的基础上，在重力和振动的作用下对初始垫层模型进行密实，得到密实垫层模型，生成了密度可控的砂垫层细观模型。

【技术实现步骤摘要】
砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法
本专利技术属于落石防护工程领域，具体涉及一种砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法。
技术介绍
离散单元法可以从细观尺度上对垫层材料颗粒之间的挤压、碰撞和摩擦过程进行模拟，并观察到更细致的模拟结果。当前主流的商业离散元分析软件包括PFC2D/3D、EDEM等，以及开源代码YADE、Esys-Particle、LIGGGHTS等。当前落石冲击垫层的数值模拟研究也存在很多不足：大多数的落石冲击垫层的数值模拟研究采用均质有限元模型模拟垫层的受力变形，但是很少有研究者关注落石与垫层接触面上的阻力变化规律；当前基于离散元方法开发的商用软件很多，但是能用于模拟和分析落石冲击垫层的模型很少；由于垫层颗粒的粒径与落石的直径量级相差较大，需要建立颗粒数量巨大的垫层离散元模型，当前的接触搜索算法很难解决大量颗粒之间接触判定问题；当前对落石冲击垫层的细观机理方面的分析很少，未能根据垫层内颗粒间的挤压、碰撞和摩擦等细观力学特征，解释垫层材料强度、黏性、密度等因素对冲击效应的影响。
技术实现思路
>针对现有技术的不足本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法，其特征在于，包括如下步骤：/n假设垫层中沙子颗粒为球形颗粒；/n在指定空间内将若干球形颗粒逐一投放生成初始垫层模型；/n在重力、振动和边界约束下对初始垫层模型进行密实；/n对密实过程中所有球形颗粒的运动方程进行求解；/n根据运动方程的求解结果判断密实是否完成。/n

【技术特征摘要】
1.一种砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法，其特征在于，包括如下步骤：
假设垫层中沙子颗粒为球形颗粒；
在指定空间内将若干球形颗粒逐一投放生成初始垫层模型；
在重力、振动和边界约束下对初始垫层模型进行密实；
对密实过程中所有球形颗粒的运动方程进行求解；
根据运动方程的求解结果判断密实是否完成。


2.根据权利要求1所述的一种砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法，其特征在于，在指定空间内多个球形颗粒构成颗粒系统；颗粒系统的状态变化通过整体坐标系和局部坐标系分别描述；通过整体坐标系描述颗粒系统中所有球形颗粒之间的接触搜索和碰撞；通过局部坐标系描述颗粒系统中每个球形颗粒的平动和转动。


3.根据权利要求2所述的一种砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法，其特征在于，所述运动方程的建立方法包括：
通过快速接触搜索算法检测发生接触的球形颗粒；
根据接触碰撞模型计算发生接触的球形颗粒之间的接触力；
根据每个球形颗粒受到的接触力的合力和合力矩建立对应的运动方程。


4.根据权利要求3所述的一种砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法，其特征在于，所述快速接触搜索算法包括：
在整体坐标系中，将球形颗粒所处的整体空间平均分割成多个小空间；
对所述小空间进行扩大，得到扩展空间；
根据球形颗粒之间的球心距离和半径计算两个球形颗粒之间的重叠距离；
对小空间和扩展空间中所有颗粒之间的重叠距离分别进行搜索；
根据重叠距离判断所有球形颗粒之间是否接触；
所述扩展空间包含局部空间内的球形颗粒和与其相邻空间边界两侧的球形颗粒。


5.根据权利要求4所述的一种砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法，其特征在于，所述重叠距离的计算公式为：



其中，为重叠距离，ri、rj分别为颗粒i和颗粒j的半径，lij为颗粒间距离。


6.根据权利要求3所述的一种砂土垫层的三维细观离散体模型密实方法，其特征在于，所述接触碰撞模型为：
Fij＝Fnij+Ftij，
其中，Fij为颗粒间的接触力，Fnij为法向接触力，Ftij为切向接触力。


7.根据权利要求6所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫鹏，方秦，孔祥振，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32