落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法技术

本发明专利技术公开了一种落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法，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；根据运动方程的求解结果判断密实是否完成，得到密实垫层模型；对密实垫层模型进行落石冲击垫层试验，获取落石冲击垫层的三维细观离散元分析结果。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】
落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法
本专利技术属于落石防护工程领域，具体涉及一种落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法。
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】
1.一种落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法，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在指定空间内将多个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，得到密实垫层模型；/n对密实垫层模型进行落石冲击垫层试验，获取落石冲击垫层的三维细观离散元分析结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法，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；
根据运动方程的求解结果判断密实是否完成，得到密实垫层模型；
对密实垫层模型进行落石冲击垫层试验，获取落石冲击垫层的三维细观离散元分析结果。


2.根据权利要求1所述的一种落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法，其特征在于，所述指定空间为圆柱形空间；所述指定空间的边界为刚性边界；所述球形颗粒的数量、粒径分布通过概率密度分布函数赋值获取。


3.根据权利要求1所述的一种落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法，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。


4.根据权利要求3所述的一种落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法，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。


5.根据权利要求4所述的一种落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法，其特征在于，在局部坐标系下，每个球形颗粒的运动方程为






其中，mi表示颗粒的质量，表示颗粒质心的平移加速度，表示颗粒i受到所有颗粒间接触力的合力，表示重力、振动荷载等外力作用，表示颗粒i绕质心的转动加速度，表示颗粒i受到所有颗粒间接触力的合力矩，表示振动荷载等外力矩作用，表示颗粒的转动惯量。


6.根据权利要求5所述的一种落石冲击垫层的三维细观离散元分析方法，其特征在于，对于球形颗粒的转动惯量大小的计算公式为：<...

【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