离散元建模的最新研究进展

 

本研究旨在通过实验室试验和离散元模型研究沥青混合料的抗裂性。针对虚拟裂缝模型的构建，提出了基于各种软件的交互式二维建模方法和三维骨料的建立方法。在建立二维模型时，考虑到AC-20沥青混合料的细观结构特征，基于PFC2D软件和图像处理，建立了集料-沥青砂浆空隙三相结构。考虑到粗骨料的级配和形态，利用PFC3D建立了包含真实骨料形状的三维模型。基于该数值模型，对不同长度的预切狭缝试样进行了半圆形弯曲和拉伸试验，分析了低温条件下试样的应力水平、开裂过程和裂纹位置。以断裂性能参数为评价指标，通过与室内试验数据的比较，验证了数值模拟的可行性。在模型加载的早期阶段，应力分布具有压缩-拉伸区的特征。裂缝的形成经历了一个平稳膨胀和快速渗透的过程，压缩区的裂缝穿过骨料。粒子流程序给出的失效状态与试验获得的裂纹演化结果基本一致。此外，模拟的断裂参数与实验观察结果有很好的重叠，表明离散元模拟可以充分反映沥青混合料中的裂纹扩展过程。该方法对于深入有效地探索沥青混合料的开裂性能是有效的。

 

 

 

 

 

具有真实非凸形态的骨料及其周围的界面过渡区（ITZ）显著影响混凝土的扩散率。在此，我们最初提出了一种数学可控的参数化方法来设计三维（3D）非凸聚集体。然后，我们开发了一个基于GPU的离散元建模（DEM）来生成多分散非凸聚集体的随机紧密堆积。接下来，我们建立了包含非凸集料和ITZ的三相混凝土细观结构，并通过蒙特卡罗随机点采样方法获得ITZ体积分数。最后，我们提出了一个双概率布朗运动（DP-BM）方案来获得混凝土的有效扩散率。此外，还研究了骨料的体积分数、粒径多分散性和形状以及ITZ厚度对ITZ体积分数和混凝土扩散率的影响，以探索混凝土的严格组分-结构-性能关系。这项工作为混凝土的细观结构表征和扩散率评估提供了一个全面的数值框架，可作为混凝土耐久性评估的宝贵工具。

 

 

 

 

离散元法（DEM）被广泛用于模拟静态和动态负载条件下的压载行为。由于道碴颗粒的形状不规则，在校准道碴颗粒DEM输入参数时，应考虑多个参数（即静摩擦系数和滚动摩擦系数、杨氏模量、泊松比和恢复系数）的同时影响，这是一个挑战。为了减少形状因素对压载样品体积行为的影响，首先创建并生成了一系列用于描述由17-24个球组成的颗粒形状的团块。在下文中，提出了一种有效的校准方法，包括四种不同的试验，包括空心圆柱体试验、承压试验、直剪试验和压载箱试验。由于摩擦系数的变化对所有测试结果的影响，执行测试的顺序很重要。由于道砟样品上没有外力，因此休止角试验受接触和阻尼参数的影响不大，因此，首先，通过几个休止角试验来校准颗粒摩擦系数。然后，使用直接剪切试验来校准颗粒的杨氏模量和泊松比。最后，利用循环载荷下压载箱试验的DEM模型对颗粒的恢复系数进行了标定。所提出的方法将有助于校准压载颗粒特性，这是模拟任何实验之前的必要阶段。

 

 

 

 

烟叶的力学性能对于烟叶收获机械的研究和设计具有重要意义。采用离散单元法(DEM)建立了烟叶试样拉伸行为的数值模型。模型由粘结在一起的球形颗粒构成。模型输出为叶片的抗拉强度(σ 宏)和杨氏模量(Emacro)。通过拉伸试验测定了不同取样方向和不同取样位置的烟草叶肉样品的拉伸性能。通过仿真结果与试验数据的比较，对模型进行了标定和验证。试验结果表明，取样位置和取样方向对烟叶的拉伸性能影响不大。平均拉伸强度为0.57 MPa，平均杨氏模量为3.50 MPa。用两个方程很好地描述了模型输出(σ 宏观和 Emacro)与两个最敏感的模型参数(粒子弹性模量(Emicro)和键的临界拉应力(σ 微观)之间的关系。利用拉伸强度和杨氏模量的方程和实测值，标定出 σ 值为8.02 MPa，E 值为23.07 MPa。校正后的模型能够预测烟叶的抗拉强度和杨氏模量，相对误差小于2% 。所提出的 DEM 模型和方法可以应用于其他植物叶片的拉伸行为和性质的模拟。

 

 

 

 

电极微观结构对锂离子电池的性能有着深刻的影响。在这项工作中，使用具有键合颗粒模型的离散单元法（DEM）研究了压延工艺对电极微观结构的影响。对使用X射线计算机断层扫描（XCT）表征的真实电极结构和理想DEM结构进行了综合评估。研究了层析成像扫描和DEM结构的电极结构和传输特性，即孔隙率分布、比表面积和扭曲因子。在考虑碳结合域（CBD）相之后，进一步进行电化学分析。考虑到压延的影响，层析成像和DEM模拟的理想化结构之间实现了极好的一致性。采用电极压缩，压延后电池性能得到改善。本研究为今后利用DEM和电化学分析对电池性能进行定量评价提供了依据。