[发明专利]实现颗粒磨损的离散元模拟方法、存储介质及设备

说明书

本发明属于颗粒磨损分析技术领域，公开了一种实现颗粒磨损的离散元模拟方法、存储介质及设备，包括：实验法得到摩擦系数与接触力的变化曲线，确定摩擦衰减数学模型；将摩擦衰减模型嵌入到离散元程序中，分析实验数据，确定模型参数；双球离散元模型试验验证摩擦衰减模型，离散元模拟分析颗粒磨损对粗粒土试样宏观力学特性的影响。本发明通过对颗粒接触模型的修改，从细观层面，模拟颗粒磨损对粒间接触力的影响，进而从宏观层面，实现颗粒接触点磨损对粗粒土试样宏观力学特性的影响。同时与传统的方法相比，该方法不会对颗粒的形状和粗粒土试样的级配产生影响；同时本发明实现容易，且不会增加离散元模拟时间。

技术领域

本发明属于颗粒磨损分析技术领域，尤其涉及一种实现颗粒磨损的离散元模拟方法、存储介质及设备。

背景技术

目前，粗粒土在外力荷载作用下，容易发生颗粒破碎。颗粒破碎可以分为整体破碎和接触点磨损，发生整体破碎要求粒间接触力的大小超过颗粒强度，接触点处的裂缝不断发展，并最终贯穿整个颗粒，因而颗粒的整体破碎通常发生在具有较高围压的土石坝填料中，或者颗粒强度较低的粗粒土中，比如钙质砂。颗粒接触点磨损是由于接触点处的应力集中而导致的颗粒表面的研磨和颗粒棱角的断裂，磨损区域周围有碎屑产生，但颗粒形状和试样的级配曲线不会受到影响。实验结果表明，颗粒接触点磨损所需要的应力水平远小于颗粒整体破碎所需要的应力水平，因而颗粒接触点磨损在粗粒土中是一个相对广泛存在的现象。

在离散元中实现对颗粒接触点磨损的模拟，通常是采用BCM(Bonded cell model)方法，即通过粘结力将众多颗粒单元黏在一起形成颗粒簇，当颗粒簇所受外部荷载超过单元粘结力时，颗粒在粘结的地方会断开，进而实现颗粒簇的破碎。但该方法计算量大，颗粒破碎模式固定，且会显著的影响粗粒土试样的级配曲线，这与颗粒接触点磨损所产生的效果有较大出入。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术计算量大，颗粒破碎模式固定，且会显著的影响粗粒土试样的级配曲线，这与颗粒接触点磨损所产生的效果有较大出入。

解决以上问题及缺陷的难度为：通过现有技术BCM方法来模拟颗粒磨损，需要用大量小尺寸的颗粒黏在大尺寸颗粒周围，形成颗粒簇，为了得到较好的模拟结果，该方法需要在粗粒土试样模型中增加大量的小尺寸颗粒。如何提高程序计算效率，缩短计算时间是现有技术需要解决的一个难点。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明提出的方法，可以在不增加小尺寸颗粒数量的前提下，实现对颗粒磨损的模拟，从而提高模拟效率，缩短计算时间。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种实现颗粒磨损的离散元模拟方法、存储介质及设备。本发明通过确定颗粒材料参数与接触力的关系，并构建相应的数学模型，来实现在离散元中对颗粒磨损的模拟。

本发明是这样实现的，一种实现颗粒磨损的离散元模拟方法，所述实现颗粒磨损的离散元模拟方法，包括：

步骤一，实验法得到摩擦系数与接触力的变化曲线，确定摩擦衰减数学模型；

步骤二，将摩擦衰减模型嵌入到离散元程序中，分析实验数据，确定模型参数；

步骤三，双球离散元模型试验验证摩擦衰减模型，离散元模拟分析颗粒磨损对粗粒土试样宏观力学特性的影响。

进一步，所述步骤一中，实验法得到摩擦系数与接触力的变化曲线具体过程为：

对于拟研究的粗粒土试样，通过颗粒挤压摩擦试验，得到颗粒摩擦系数μ随法向接触力f_n变化的关系曲线，由于颗粒接触点磨损会导致接触点粗糙度的降低，摩擦系数μ不是定值，会随着法向接触力f_n的增加而降低。