顆粒物質(zhì)體系復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為研究.pdf

1、顆粒物質(zhì)體系作為一種典型的軟物質(zhì)系統(tǒng)，其物理力學(xué)性質(zhì)十分復(fù)雜而有趣，關(guān)于顆粒物質(zhì)體系的研究一直引人入勝。本文主要是針對(duì)顆粒物質(zhì)體系的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行一定的研究，希望對(duì)理解顆粒物質(zhì)體系在動(dòng)態(tài)作用下的力學(xué)行為提供一定的幫助。本文的主要研究?jī)?nèi)容可以分為以下兩部分。
　　 第一部分:利用動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置來研究顆粒物質(zhì)體系的沖擊動(dòng)力學(xué)響應(yīng)特性。
　　 第二章，主要是研究了側(cè)限壓縮下顆粒物質(zhì)的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能?；诟倪M(jìn)的SHPB實(shí)驗(yàn)裝置和MT

2、S材料試驗(yàn)機(jī)研究了干燥砂在側(cè)限壓縮下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析了應(yīng)變率、初始預(yù)壓、顆粒大小和飽和度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。研究發(fā)現(xiàn)側(cè)限壓縮下顆粒物質(zhì)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)變率效應(yīng)不明顯，但是孔隙比-應(yīng)力曲線分為明顯的壓實(shí)段和破碎段。隨后基于顆粒破碎理論和劍橋模型，提出了一個(gè)考慮顆粒破碎影響的經(jīng)驗(yàn)型本構(gòu)方程。最后通過PFC數(shù)值分析軟件，基于cluster計(jì)算算法，模擬了顆粒物質(zhì)側(cè)限壓縮過程，并定量的分析了顆粒破碎的宏觀性能與微觀結(jié)構(gòu)的聯(lián)系。
　　

3、 第三章，主要研究了壓剪復(fù)合加載下顆粒等效介質(zhì)（孔隙巖石）的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能?；赟HPB實(shí)驗(yàn)裝置，發(fā)展了一套可以實(shí)現(xiàn)壓剪復(fù)合加載的實(shí)驗(yàn)方法，并分別通過ABAQUS有限元分析和常規(guī)金屬試驗(yàn)驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)裝置的可行性和有效性。最后通過對(duì)花崗巖的動(dòng)態(tài)壓剪復(fù)合加載實(shí)驗(yàn)，得到了花崗巖的動(dòng)靜態(tài)屈服準(zhǔn)則，并對(duì)其進(jìn)行了定量的分析。
　　 第二部分:利用分子動(dòng)力學(xué)模擬來研究顆粒物質(zhì)體系流變特性和粘彈性響應(yīng)。
　　 第四章，主要研究了簡(jiǎn)單剪切作

4、用下顆粒物質(zhì)體系的流變學(xué)特性?；诜瞧胶夥肿觿?dòng)力學(xué)模擬，結(jié)合Lees-Edwards邊界條件和Sllod算法，實(shí)現(xiàn)了顆粒物質(zhì)體系簡(jiǎn)單剪切流動(dòng)，重點(diǎn)研究了顆粒物質(zhì)體系剪切過程中的剪切增稠現(xiàn)象。并從能量分析的角度，首次提出了剪切增稠主要是由能量耗散率（顆粒溫度）的改變所決定的，只有當(dāng)能量耗散率的變化大于應(yīng)變率的2次方時(shí)，剪切增稠現(xiàn)象才會(huì)出現(xiàn)。而能量耗散率的變化帶來的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)的各向異性為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供了一個(gè)新的方法。
　　 第五章，

5、主要是研究了振蕩剪切下顆粒物質(zhì)體系的粘彈性特征，包括線性粘彈性響應(yīng)和非線性粘彈性響應(yīng)。基于非平衡分子動(dòng)力學(xué)的模擬結(jié)果，提出了一個(gè)可以描述顆粒物質(zhì)體系振蕩剪切特性的相圖。并分別利用傅利葉流變學(xué)，應(yīng)力分解方法和能量分析方法研究了顆粒物質(zhì)體系的大振幅振蕩剪切。研究發(fā)現(xiàn)振蕩剪切條件下顆粒物質(zhì)體系的剪切增稠現(xiàn)象屬于非線性粘彈性響應(yīng)，但仍然可以將線性粘彈性理論擴(kuò)展到非線性粘彈性區(qū)域，對(duì)剪切增稠現(xiàn)象進(jìn)行定量分析。
　　 本文研究的這兩部分內(nèi)容