›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (1): 249-256.doi: 10.16285/j.rsm.2015.01.034

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基于统一标定的势接触力计算

严成增,郑 宏,葛修润   

  1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2013-09-30 出版日期:2015-01-12 发布日期:2018-06-13
  • 作者简介:严成增,男,1986年生,博士研究生,主要从事离散元有限元耦合、离散元、颗粒物质物理与力学、多物理场耦合、DDA、大规模高性能并行计算以及软件工程方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金项目(No. 11202223);国家重点基础研究发展计划(973)项目(No. 2011CB013505,No.2014CB047100)。

Unified calibration based potential contact force in discrete element method

YAN Cheng-zeng,ZHENG Hong,GE Xiu-run   

  1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2013-09-30 Online:2015-01-12 Published:2018-06-13

摘要: 传统的离散元类数值方法存在处理角-角接触时接触力方向不确定、三维情形时接触计算极其复杂等问题。Munjiza提出的基于势的接触力计算方法很好地解决了这一问题,但同时存在势的物理意义不明确,计算出的接触力与物理直观不符、相同嵌入量计算的接触力大小不一致等问题。在已有研究的基础上,提出了一种基于统一标定的势接触力计算方法,该方法重新定义了势函数,即三角形单元内一点的势与该点到3条边的最短距离成正比。采用这种势函数定义可以对嵌入量进行统一表征。在相同的嵌入量下,计算的接触力大小是一致的,同时保留基于势的接触力计算方法所有优点。新定义的势函数,解决了原有势函数所存在的重大缺陷,只要重叠区域不变,计算的总接触力是不变的,接触力计算具有局部特性,而与划分的三角形单元的整体形状和大小无关,即新的接触力计算方法,具有更好的网格鲁棒性。该方法使得基于势的接触力计算方法建立在坚实的物理基础之上,意义重大。

关键词: 有限元-离散元法, 势接触力, 统一标定, 离散元

Abstract: The direction of contact force is uncertain in dealing with corner-corner contact when the traditional discrete element numerical methods are used. At the same time the contact force calculation in three dimensions is extremely complex. Contact force calculation method based on potential proposed by Munjiza is a good solution to this problem. But the physical meaning of the potential is not clear. The calculated contact force does not match the physical intuition when embedding capacity is the same and the contact force is different. A new potential contact force calculation method is proposed using a unified calibration. The method redefines the potential function as the potential of a point in triangular proportional to the shortest distance from the point to the three sides of the triangular. This potential function definition can characterize the embedded amount in a unified way. When the embedding capacity is same, the calculated contact force is same, while all the advantages of the contact force with the potential can be kept. This redefined potential function overcomes the significant deficiencies of the original potential function. As long as the overlapping areas are constant, the total calculated contact force would be the same. The contact force calculation has local features, regardless of the overall shape and size of triangular element. The new contact force calculation method has better robustness grid. The method enables the contact force calculation with potential methods to build on a solid foundation of physics, which is significant.

Key words: finite-discrete element method (FDEM), potential contact force, unified calibration, discrete element method

中图分类号: 

  • O 319.56
[1] 孙博, 杨怀德, 谷玲, 刘跃, 唐碧华, 赵桂连, 张连明. 基于UDEC颗粒模型的不确定性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3679-3688.
[2] 王蕴嘉, 宋二祥. 堆石料颗粒形状对堆积密度及强度影响的 离散元分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2416-2426.
[3] 陈 峥, 何 平, 颜杜民, 高红杰, . 考虑土拱效应的管棚合理间距计算方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1993-2000.
[4] 赵兰浩, 芮开天, 刘勋楠. 非均匀颗粒快速线性接触检测算法[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1187-1196.
[5] 顾晓强, 杨朔成, . 基于离散元数值方法的砂土小应变弹性特性探讨[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 785-791.
[6] 李静, 孔祥超, 宋明水, 汪勇, 王昊, 刘旭亮, . 储层岩石微观孔隙结构对岩石力学特性 及裂缝扩展影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4149-4156.
[7] 肖思友, 苏立君, 姜元俊, 李丞, 刘振宇, . 坡度对碎屑流冲击立式拦挡墙力学特征的影响[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4341-4351.
[8] 蒋 雄, 徐奴文, 周 钟, 侯东奇, 李 昂, 张 敏, . 两河口水电站母线洞开挖过程围岩破坏机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 305-314.
[9] 申海萌, 李 琦, 李霞颖, 马建力, . 川南龙马溪组页岩不同应力条件下脆性破坏特征室内实验与数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 254-262.
[10] 杨忠民,高永涛,吴顺川,成子桥,. 基于收敛–约束原理的大变形隧道初支更换时机优化研究[J]. , 2018, 39(S1): 395-404.
[11] 赵婷婷,冯云田,王 敏,王 勇,. 基于改进粗糙表面Greenwood-William 接触模型的离散元方法[J]. , 2018, 39(9): 3440-3452.
[12] 王 俊,王 闯,何 川,胡雄玉,江英超,. 砂卵石地层土压盾构掘进掌子面稳定性室内试验与三维离散元仿真研究[J]. , 2018, 39(8): 3038-3046.
[13] 徐长节,梁禄钜,陈其志,刘元昆,. 考虑松动区内应力分布形式的松动土压力研究[J]. , 2018, 39(6): 1927-1934.
[14] 胡唯哲,谢凌志,岑望来,殷 实,罗云川,赵 鹏,. 基于细观试验和离散元法的盐岩力学特性[J]. , 2018, 39(6): 2073-2081.
[15] 刘 洋,李 爽. 散粒介质临界状态细观力学结构特征的数值模拟与分析[J]. , 2018, 39(6): 2237-248.
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[1] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
[2] 张文杰,陈云敏. 垃圾填埋场抽水试验及降水方案设计[J]. , 2010, 31(1): 211 -215 .
[3] 宫伟力,安里千,赵海燕,毛灵涛. 基于图像描述的煤岩裂隙CT图像多尺度特征[J]. , 2010, 31(2): 371 -376 .
[4] 万 智,董 辉,刘宝琛. 基于正交设计下SVM滑坡变形时序回归预测的超参数选择[J]. , 2010, 31(2): 503 -508 .
[5] 孙曦源,栾茂田,唐小微. 饱和软黏土地基中桶形基础水平承载力研究[J]. , 2010, 31(2): 667 -672 .
[6] 王明年,郭 军,罗禄森,喻 渝,杨建民,谭忠盛. 高速铁路大断面黄土隧道深浅埋分界深度研究[J]. , 2010, 31(4): 1157 -1162 .
[7] 胡勇刚,罗 强,张 良,黄 晶,陈亚美. 基于离心模型试验的水泥土搅拌法加固斜坡软弱土地基变形特性分析[J]. , 2010, 31(7): 2207 -2213 .
[8] 谭峰屹,姜志全,李仲秋,颜惠和. 附加质量法在昆明新机场填料压实密度检测中的应用研究[J]. , 2010, 31(7): 2214 -2218 .
[9] 柴 波,殷坤龙,肖拥军. 巴东新城区库岸斜坡软弱带特征[J]. , 2010, 31(8): 2501 -2506 .
[10] 杨召亮,孙冠华,郑 宏. 基于潘氏极大值原理的边坡稳定性的整体分析法[J]. , 2011, 32(2): 559 -563 .