《顆粒材料細觀組構表達的動力本構模型研究》是依託北京航空航天大學，由高政國擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：顆粒材料細觀組構表達的動力本構模型研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：高政國
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
顆粒材料的巨觀力學性能與細觀顆粒形狀、大小、排列等組構特性密切相關，特別是在承載時，細觀構型演化表現出的應力漲落行為往往難以預測。為深入認識顆粒組構演化對巨觀本構關係的影響，本項目擬採用理論分析、力學試驗與數值模擬方法開展顆粒材料細觀組構與動力特性關係的研究。首先建立力鏈形式的顆粒接觸力壓力跡線網路，進行拓撲分析與統計計算，建立顆粒組細觀構的特徵參數；然後建立組構張量形式的應力應變表達，來描述顆粒構型的各向異性特徵；最後通過不同構型的動力回響與能量耗散特徵分析，建立能夠表達顆粒組構演化的巨觀動力本構模型。研究成果可為顆粒材料本構理論研究提供支持，也可為顆粒材料工程力學特性的研究提供參考。
結題摘要
項目重點開展了顆粒材料承載動力過程細觀組構特性與巨觀本構行為的研究。首先針對顆粒材料承載過程細觀特性問題，設計了顆粒力鏈觀測與演化行為研究的光彈試驗系統，研製了用於細觀顆粒模型試驗的多向載入裝置；結合離散元與有限元數值計算方法，研究了圓形與橢圓形隨機顆粒體系細觀力鏈構型與承載特性關係，分析得到顆粒體系多向載入過程細觀結構演化特徵及力鏈構型變化規律；在等效連續位移場理論基礎上，通過子域構建和重疊覆蓋方法，建立了顆粒材料位移梯度形式的應變張量表達，避免了傳統應變張量表達方法中計算域格線的構建，通過算例驗證了公式方法的準確性和適用性；針對顆粒材料動力承載過程非線性本構行為問題，提出了與顆粒材料非線性密切相關的空隙域應變表征方法，建立了材料空隙域與顆粒材料本體域應變分離形式，分析了空隙應變與本體應變在材料承載變形過程中的變化特徵。通過應力應變算例結果對顆粒材料的巨觀等效模量和泊松比等本構參數進行了識別，最終實現了顆粒材料動力承載過程非線性本構行為的表征；考慮顆粒不規則特性與接觸摩擦耗能特性，設計不同顆粒接觸摩擦係數模擬顆粒體系堆積穩定過程，建立材料穩定坡角與顆粒接觸摩擦、顆粒外形的影響關係，研究顆粒材料的等效內摩擦角特性；在完成相關顆粒巨觀本構行為工作基礎上，進一步探討了彈性顆粒接觸過程中滾動阻尼產生的機理研究。模擬二維彈性圓盤純滾動動力過程速度衰減及能量變化情況，對顆粒滾動阻尼特性進行了深入探討，為顆粒介質材料離散元數值模擬中的滾動阻力模型研究提供依據。項目研究成果可為顆粒材料本構理論研究提供支持，並為顆粒材料工程力學特性的研究提供參考。
