[发明专利]共节点DEM-SPH海冰模型的离散元参数标定方法

权利要求书

1.共节点DEM-SPH海冰模型的离散元参数标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、海冰宏观力学参数的选取；

S2、海冰与结构的摩擦系数的选取；

S3、单轴压缩离散元数值模拟；

S4、三点弯曲离散元数值模拟；

S5、二次单轴压缩离散元数值模拟；

S6、海冰试样的离散元参数标定。

2.根据权利要求1所述的共节点DEM-SPH海冰模型的离散元参数标定方法，其特征在于，步骤S1包括以下子步骤：

S11：通过单轴压缩试验和三点弯曲试验，确定待模拟海冰试样的压缩弹性模量E_c0、单轴压缩强度σ_c0和弯曲强度σ_b0；

S12：将步骤S11中得到的压缩弹性模量E_c0、单轴压缩强度σ_c0和弯曲强度σ_b0作为离散元海冰模型的目标值。

3.根据权利要求2所述的共节点DEM-SPH海冰模型的离散元参数标定方法，其特征在于，步骤S2包括以下子步骤：

S21：确定研究或实际工程中海冰与结构的摩擦系数；

S22：将步骤S21中的结果作为离散元模拟中海冰与结构的摩擦系数μ。

4.根据权利要求3所述的共节点DEM-SPH海冰模型的离散元参数标定方法，其特征在于，步骤S3包括以下子步骤：

S31：选择构建离散元海冰模型的颗粒半径r；

S32：将步骤S31中所选择的球体颗粒规则排列，建立离散元海冰单轴压缩模型，模型尺寸为a×a×l；

S33：选择颗粒弹性模量为E，且取值为步骤S12中的目标值E_c0；选择颗粒泊松比为u；选择颗粒法向刚度系数为N_k；

S34：确定单轴压缩时离散元海冰模型与结构单侧接触的颗粒数n；

S35：选择离散元海冰模型与结构的预期平均重叠量x，Δl为压缩位移值；

S36：根据单轴压缩应变公式、应力应变关系、压力应力关系以及离散元理论公式计算接触刚度比例因子SFP，其公式为：

S37：将离散元单轴压缩海冰模型中的每个颗粒单元引入流体性质的SPH粒子，建立共节点DEM-SPH海冰单轴压缩模型；

S38：设置SPH粒子参数；

S39：设定胶结法向粘结强度pb_n和胶结切向粘结强度pb_s；

S310：根据步骤S11中的目标值Ec0，估算胶结法向刚度值pb_k_n，其估算值公式为：

S311：设定胶结切向与法向刚度比pb_k_s/pb_k_n＝Ω，且0.29＜Ω＜0.32；对不同胶结法向刚度的离散元模型进行单轴压缩数值模拟，且设定压缩位移为Δl时的作用力为F，则离散元模型的压缩弹性模量结果为：

S312：由步骤S311所得数据，分析得到离散元模型压缩弹性模量E_c和胶结法向刚度pb_k_n的关系E_c＝k₁pb_k_n，且令E_c＝k₁pb_k_n＝E_c0，得到pb_k_n＝E_c0/k₁；

S313：取胶结法向刚度pb_k_n＝E_c0/k₁，对不同胶结切向与法向刚度比的离散元模型进行单轴压缩数值模拟，得到离散元模型的压缩弹性模量结果；

S314：由步骤S313所得数据，分析得到离散元模型压缩弹性模量Ec和胶结切向与法向刚度比pb_k_s/pb_k_n的关系为E_c＝b+k2pb_k_s/pb_k_n；

S315：得到离散元模型压缩弹性模量E_c和胶结法向刚度pb_k_n、胶结切向与法向刚度比pb_k_s/pb_k_n的关系E_c＝F(pb_k_n,pb_k_s/pb_k_n)，其式为：

S316：确定多组胶结法向刚度和胶结切向与法系刚度比的值，令步骤S315中所得关系式等于E_c0，pb_k_s/pb_k_n分别取0.1、0.2、0.3、0.4……，得到pb_k_n的值。