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 PFC培訓(xùn)課程

第一部分 隨機不規(guī)則顆粒的生成技術(shù)

1. 生成隨機不規(guī)則多面體

基于蒙特卡洛算法，在橢球（或球體）的表面隨機選取控制頂點，根據(jù)選取的控制頂點建立面，最后生成隨機不規(guī)則多面體。

2. 隨機不規(guī)則多面體內(nèi)顆粒填充

在隨機多面體內(nèi)部填充一定尺寸的顆粒，其中粗顆粒位于中心，細(xì)顆粒位于邊緣。填充完畢后，隨機多面體內(nèi)部顆粒的總體積與該隨機多面體相等。

3. 構(gòu)建隨機不規(guī)則顆粒

若模擬不可破碎顆粒，則直接將隨機多面體內(nèi)部顆粒信息建立clump，若模擬可破碎顆粒，則將隨機多面體內(nèi)部的顆粒進(jìn)行粘結(jié)構(gòu)建cluster.注：由于顆�？傮w積與隨機不規(guī)則多面體總體積相等，而圓形顆粒間存在空隙，這就意味著顆粒間必定存在一定程度的重疊，因此需引進(jìn)接觸力清零方法，并將力-位移方程由總量改為增量。

(二維模型)

(三維模型)

圖1 隨機不規(guī)則顆粒示意圖

注：三維隨機多面體內(nèi)部同樣由顆粒填充，填充效果與二維模型類似。實際模擬過程中，填充顆粒的尺寸可以自由調(diào)整。

第二部分 數(shù)值模型宏觀力學(xué)性質(zhì)的測試

1. 數(shù)值模型的制樣過程

根據(jù)第一部分介紹的技術(shù)，按照級配在模型區(qū)域（立方體或圓柱形）投放顆粒，達(dá)到指定的孔隙率，然后添加重力或在模型頂部施加一定的壓力，使得模型中的隨機不規(guī)則顆粒充分接觸，達(dá)到密實的狀態(tài)。

2. 數(shù)值模型的拉伸壓縮試驗

基于制備的數(shù)值模型，進(jìn)行相應(yīng)的拉伸試驗(隨機不規(guī)則顆粒間需具有一定粘結(jié)強度)或壓縮試驗，常采用應(yīng)變控制式加載，即頂部墻體通過一定的速度壓縮數(shù)值模型；圍壓通過伺服機制由側(cè)墻提供。

第三部分 隨機不規(guī)則顆粒在粘性流體中的沉降

按級配在模型區(qū)域生成隨機不規(guī)則顆粒，并使其在重力作用下自由下落，下落過程中，考慮到流體對顆粒的阻礙作用，在顆粒上附加流體阻力，按照流體力學(xué)的相關(guān)理論，通常家里流體阻力與流體和顆粒間的相對速度有關(guān)。這里考慮顆粒與流體間的假耦合，即顆粒運動過程中不帶動流體隨之運動，由此可以得出流體阻力只與顆粒運動速度有關(guān)，滿足下列形式:f=-kv。