CN103234785A - 集料试样离散元虚拟压实方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集料试样离散元虚拟压实方法，包括如下步骤：（1）集料生成：在给定空间内，生成随机分布的、互不重叠的集料颗粒体系；（2）自重压实：对生成的集料体系赋予一定高度，使集料颗粒体系在自重作用下自由下落，通过自重完成自重压实；（3）墙体加速压实：对集料颗粒体系上方的墙体赋予一定的向下运动速度v₁，使集料颗粒体系在墙体压力和自重作用下加速压实；（4）墙体均匀压实：对集料颗粒体系上方的墙体赋予一定的向下运动速度v₂，使集料颗粒体系在墙体压力和自重作用下加速压实。本发明提供的集料试样离散元虚拟压实方法，可以在未知空隙率情况下压实集料试样，不仅能保证集料体系被充分压实，而且能保证集料体系不会被过度压实。

Description

集料试样离散元虚拟压实方法

技术领域

本发明涉及集料力学性能离散元仿真技术，尤其涉及一种集料试样离散元虚拟压实方法。 

背景技术

要模拟集料的力学性能，首先需要获得压实后的集料试件。在离散元建模过程中，通常是在已知空隙率的情况下准备试件。如果已知集料的空隙率，则可以根据体积关系计算集料试样的高度，然后将试样压实至这个高度即可。要知道集料压实状态的空隙率，需要一系列的实验室测试，这样既耗时又增加了成本。而且，为了特定研究目的，需要生成由理想化的集料颗粒组成的集料试样，这种试样的空隙率是无法通过实验室测量得到的。 

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种在未知空隙率情况下集料试样离散元虚拟压实方法，能够快速得到集料离散元试样。 

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 

集料试样离散元虚拟压实方法，包括如下步骤： 

（1）集料生成：在给定空间内，生成随机分布的、互不重叠的集料颗粒体系； 

（2）自重压实：对生成的集料体系赋予一定高度，使集料颗粒体系在自重作用下自由下落，通过自重完成自重压实； 

（3）墙体加速压实：对集料颗粒体系上方的墙体赋予一定的向下运动速度v₁，使集料颗粒体系在墙体压力和自重作用下加速压实，同时对墙体受到的向上的竖向力进行实时检测，当该竖向力大于设定值f₁时，停止墙体运动；对集料颗粒体系的空隙率进行检测，判断集料颗粒体系的空隙率是否小于等于50%，若判断为否，则重复步骤（3），否则进入步骤（4）； 

（4）墙体均匀压实：对集料颗粒体系上方的墙体赋予一定的向下运动速度v₂，使集料颗粒体系在墙体压力和自重作用下加速压实，同时对墙体受到的向上的竖向力进行实时检测，当该竖向力大于0时，停止墙体运动；对集料颗粒体系的空隙率进行检测，判断集料颗粒体系的空隙率相对于前一次是否发生变化，若判断为否，则重复步骤（4）直至集料颗粒体系的空隙率不再发生变化。 

有益效果：本发明提供的集料试样离散元虚拟压实方法，可以在未知空隙率情况下压实集料试样，不仅能保证集料体系被充分压实，而且能保证集料体系不会被过度压实。 

具体实施方式

下面结合实例对本发明作更进一步的说明。 

集料试样离散元虚拟压实方法，包括如下步骤： 

（1）集料生成：在给定空间内，生成随机分布的、互不重叠的集料颗粒体系； 

（2）自重压实：对生成的集料体系赋予一定高度，使集料颗粒体系在自重作用下自由下落，通过自重完成自重压实； 

（3）墙体加速压实：对集料颗粒体系上方的墙体赋予一定的向下运动速度v₁，使集料颗粒体系在墙体压力和自重作用下加速压实，同时对墙体受到的向上的竖向力进行实时检测，当该竖向力大于设定值f₁时，停止墙体运动；对集料颗粒体系的空隙率进行检测，判断集料颗粒体系的空隙率是否小于等于50%，若判断为否，则重复步骤（3），否则进入步骤（4）； 

（4）墙体均匀压实：对集料颗粒体系上方的墙体赋予一定的向下运动速度v₂，使集料颗粒体系在墙体压力和自重作用下加速压实，同时对墙体受到的向上的竖向力进行实时检测，当该竖向力大于0时，停止墙体运动；对集料颗粒体系的空隙率进行检测，判断集料颗粒体系的空隙率相对于前一次是否发生变化，若判断为否，则重复步骤（4）直至集料颗粒体系的空隙率不再发生变化。 

步骤（3）的具体过程为：①检查墙体上的向上的竖向力；②当墙体上的竖向力大于设定值f₁时，令墙体的速度为零，执行一定数目的计算步，使集料体系在墙体压力f₁和自重作用下压实；③当墙体上的竖向力小于设定值f₁时，给墙体赋予一定的速度v₁，运行一个计算步；④重复上述过程，当集料颗粒体系的空隙率小于等于50%时，停止执行这个程序。 

步骤（4）的具体过程为：①检查墙体上的向上的竖向力；②当墙体上的竖向力大于0时，令墙体的速度为零，执行一定数目的计算步，使集料体系在墙体压力和自重作用下压实；③当墙体上的竖向力等于0时，给墙体赋予一定的速度v₂，运行一个计算步；④重复上述过程，运行足够多的计算步，直到集料颗粒体系的空隙率不再变化为止。 

关于集料颗粒体系的空隙率误差计算 

在上述步骤中，只有墙体的最后一次运动才会产生过压实。设墙体的速度为vm/s，计算时间步长为ts，压实后试样的高度为hm，则由于过压实对空隙率造成的误差△P可由下式计算。 

$\mathrm{\ΔP}=\frac{\mathrm{vt}}{h}$

墙体的速度需要根据计算时间步长确定，保证由于过压实对空隙率造成的误差可以 忽略不计。例如，如果墙体最后一次向下运动0.1mm，压实后试样的高度为7cm，则空隙率的误差仅为0.143%。 

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (1)

1.集料试样离散元虚拟压实方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）集料生成：在给定空间内，生成随机分布的、互不重叠的集料颗粒体系；

（2）自重压实：对生成的集料体系赋予一定高度，使集料颗粒体系在自重作用下自由下落，通过自重完成自重压实；

（3）墙体加速压实：对集料颗粒体系上方的墙体赋予一定的向下运动速度v₁，使集料颗粒体系在墙体压力和自重作用下加速压实，同时对墙体受到的向上的竖向力进行实时检测，当该竖向力大于设定值f₁时，停止墙体运动；对集料颗粒体系的空隙率进行检测，判断集料颗粒体系的空隙率是否小于等于50%，若判断为否，则重复步骤（3），否则进入步骤（4）；

（4）墙体均匀压实：对集料颗粒体系上方的墙体赋予一定的向下运动速度v₂，使集料颗粒体系在墙体压力和自重作用下加速压实，同时对墙体受到的向上的竖向力进行实时检测，当该竖向力大于0时，停止墙体运动；对集料颗粒体系的空隙率进行检测，判断集料颗粒体系的空隙率相对于前一次是否发生变化，若判断为否，则重复步骤（4）直至集料颗粒体系的空隙率不再发生变化。