[發明專利]一種離散元模擬中的細觀參數標定方法

有效

• 申請號: 201811477615.8
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109543337B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 郭鴻;馬帥帥;王普;曹龍
• 申請（專利權）人: 陜西理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 陜西銘源專利代理事務所(普通合伙) 61235
• 代理人: 楊悅

本發明公開了一種離散元模擬中的細觀參數標定方法，法向剛度、顆粒摩擦系數和黏性阻尼率三種細觀參數，具體步驟如下：步驟1，標定法向剛度Kn：步驟1.1：先假定一個法向剛度；步驟1.1.1：再做數值側限壓縮實驗并得到豎向壓力?位移曲線；步驟1.2：判斷步驟1.1.1得到的豎向壓力?位移曲線是否和參考實驗(室內實驗)吻合；步驟1.3：如吻合，即假定法向剛度就是顆粒材料的真實法向剛度，確定法向剛度Kn，如不吻合，改變法向剛度的值并重復步驟1.1.1與步驟1.2；步驟2，標定顆粒摩擦系數：步驟2.1：采用步驟1.3得出的法向剛度Kn。優點在于：將主要標定對象有：法向剛度，顆粒之間摩擦系數和黏性阻尼率能較好地進行標定，方便進行離散元技術的研究。

技術領域

本發明涉及離散元數值仿真模擬技術領域，尤其涉及一種離散元模擬中的細觀參數標定方法。

背景技術

離散元法是專門用來解決不連續介質問題的數值模擬方法。該方法把節理巖體視為由離散的巖塊和巖塊間的節理面所組成,允許巖塊平移、轉動和變形,而節理面可被壓縮、分離或滑動。因此,巖體被看作一種不連續的離散介質。其內部可存在大位移、旋轉和滑動乃至塊體的分離,從而可以較真實地模擬節理巖體中的非線性大變形特征。離散元法的一般求解過程為:將求解空間離散為離散元單元陣,并根據實際問題用合理的連接元件將相鄰兩單元連接起來；單元間相對位移是基本變量,由力與相對位移的關系可得到兩單元間法向和切向的作用力；對單元在各個方向上與其它單元間的作用力以及其它物理場對單元作用所引起的外力求合力和合力矩,根據牛頓運動第二定律可以求得單元的加速度；對其進行時間積分,進而得到單元的速度和位移。從而得到所有單元在任意時刻的速度、加速度、角速度、線位移和轉角等物理量。

離散元技術在巖土、礦冶、農業、食品、化工、制藥和環境等領域有廣泛地應用，可分為分選、凝聚、混合、裝填和壓制、推鏟、儲運、粉碎、爆破、流態化等過程。顆粒離散元法在上述領域均有不少應用：料倉卸料過程的模擬；堆積、裝填和壓制；顆粒混合過程的模擬。離散元法在巖土工程、地質工程和能源開采領域也具有廣泛的應用價值。

在離散元數值仿真模擬中，細觀參數的標定是最關鍵的問題之一，主要細觀參數為：法向剛度、顆粒之間摩擦系數和黏性阻尼率。這三個量一旦確定，離散元數值模擬的結果就可以很好的代表實際試驗材料的力學試驗。而現有技術中沒有好的方法來標定。

為解決上述問題，我們提出了一種離散元模擬中的細觀參數標定方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決背景技術中的問題，而提出的一種離散元模擬中的細觀參數標定方法。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：一種離散元模擬中的細觀參數標定方法，法向剛度、顆粒摩擦系數和黏性阻尼率三種細觀參數，具體步驟如下：

步驟1，標定法向剛度Kn：

步驟1.1：先假定一個法向剛度；

步驟1.1.1：再做數值側限壓縮實驗并得到豎向壓力-位移曲線；

步驟1.2：判斷步驟1.1.1得到的豎向壓力-位移曲線是否和參考實驗(室內實驗)吻合；

步驟1.3：如吻合，即假定法向剛度就是顆粒材料的真實法向剛度，確定法向剛度Kn，如不吻合，改變法向剛度的值并重復步驟1.1.1與步驟1.2；

步驟2，標定顆粒摩擦系數：

步驟2.1：采用步驟1.3得出的法向剛度Kn，先假定一個摩擦系數；

步驟2.1.1：再做數值休止角試驗并得到數值休止角；

步驟2.2：判斷數值休止角是否和實驗測定的休止角一致；

步驟2.3：如一致，即假定摩擦系數就是材顆粒真實的摩擦系數，如果不一致，改變顆粒摩擦系數的值并重復步驟2.1.1與步驟2.2；