简单剪切颗粒流的本构关系

【作者】 刘传奇； 周公旦； 孙其诚；

【机构】 清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室； 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所；

【摘要】 颗粒介质由大量离散的粗颗粒聚集而成,如自然界的碎屑堆积体。颗粒动量传递通过粒间接触和力链网络进行,注定了颗粒介质具有独特的力学性质。多年来,构建颗粒流本构关系是物理、力学及应用领域的基础科学问题。本文采用三维离散单元建立了颗粒体系的简单剪切数值模型,讨论了稳定状态下(steady state),颗粒体积分数与配位数与剪切速度的关系,发现随剪切速率增加,体积分数与配位数均由大到小,而后趋手稳定数值,从受力与运动角度,分析了颗粒体系剪切起动过程先膨胀后收缩的力学机理,总结了有效摩擦系数与惯性数的关系,解释了固定体积与固定压力均满足有效摩擦系数在准静态与快速流区域与剪切速率无关,而在过渡区随剪切速率增加而增大这一现象的不同机理,为理解颗粒介质的宏观力学行为提供参考。更多还原