無粘性顆粒堆的應(yīng)力分布.pdf

1、無論從工程實際還是基礎(chǔ)研究的角度看都有很高的重要性,顆粒系統(tǒng)在近十幾年里引起了許多物理研究者的注意.作為一特殊的凝聚態(tài)系統(tǒng),顆粒系統(tǒng)表現(xiàn)出既像固體又像液體的雙重行為,它的一些基本性質(zhì)至今仍沒有得到很好的物理解釋.一典型的例子是無粘性顆粒堆中由其自身重量產(chǎn)生的應(yīng)力分布問題.實驗發(fā)現(xiàn),顆粒堆底部壓力分布的最大值并不總是像想象的那樣出現(xiàn)在堆低的中心,而可能在兩邊,即壓力分布可能在中部呈現(xiàn)一低陷結(jié)構(gòu).對這一有趣現(xiàn)象人們提出了許多不同的解釋:有些

2、人認為顆粒體堆中有類似拱棚樣的東西,使負荷不是垂直,而是沿斜線向下傳遞.有些理論認為低陷與普通連續(xù)力學相容,顆粒體堆中間部分是彈性區(qū)域,但靠近表面層的部分處于塑性狀態(tài),應(yīng)力張量滿足庫侖條件.也有人認為顆粒介質(zhì)需要新的本構(gòu)關(guān)系,并與顆粒堆形成歷史有關(guān).本文簡單介紹了顆粒體的一些物理特性,并對壓力低陷問題作了進一步的探討.文章認為,在遠比單個顆粒大的宏觀尺度上,顆粒系統(tǒng)仍能看作連續(xù)媒質(zhì),其應(yīng)力可用一般的連續(xù)力學處理.如果慢慢除去重力這一(假

3、想)過程是可逆和彈性的,沒有任何塑性和耗散,通常的彈性理論仍對靜止顆粒體適用.只是由于顆粒體密度會發(fā)生較大變化,它的彈性系數(shù)也會隨著密度的不均勻而改變.基于這一考慮的具體模型計算發(fā)現(xiàn),如果顆粒堆的密度變化是內(nèi)松外緊的,其底部壓力分布能出現(xiàn)實驗觀測到的壓力低陷.由此我們提出猜測:對從一固定點(或線)緩慢散落顆粒而形成的圓錐形(或楔形)堆,低陷與堆的微小的內(nèi)松外緊型密度變化有關(guān),而這一密度變化可能來自顆粒沿堆邊滾落時對堆產(chǎn)生了一定的擾動拍緊