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IJMSD | 河海大学刘军教授、赵伏田博士：冲击荷载下一维球链法向接触力模型的建立

已有 1001 次阅读 2023-8-23 15:33 |个人分类:IJMSD|系统分类:论文交流

图文导读

在颗粒系统动力学的宏观与微观力学行为研究中，离散元法（discrete element method, DEM）表现出卓越的分析能力，被广泛应用于颗粒流动、流化床、冷粉压实等领域。特别是对于采矿工程中颗粒系统的破碎与流动问题，室内试验与传统的连续介质理论难以获得足够详尽的数据，故可以通过离散元法模拟进行补充与扩展。而颗粒间接触力计算的准确性则是采用离散元法描述颗粒运动及其系统力学响应的关键。学者们对离散元法中颗粒间法向接触力模型的发展与改进已做出诸多贡献，但目前鲜见关于冲击荷载下一维球链系统法向接触力模型的报道。

为此，河海大学刘军教授和赵伏田博士等采用理论模型构建、算法编制与代码开发、实验验证相结合的方法系统详尽地研究了一维球链系统法向接触力模型。研究成果以“冲击荷载下一维球链法向接触力模型的建立”为题发表于《国际机械系统动力学学报》(International Journal of Mechanical System Dynamics, IJMSD)。该文首先建立了球形颗粒元法向接触力改进模型；并据此研发了冲击荷载下一维球链颗粒系统法向接触力计算的离散元计算程序；进而通过自行设计的模型实验，验证了离散元计算程序及改进法向接触力模型的正确性。对比试验结果和模拟结果表明，二者在波形持续时间与主波形集中程度上吻合较好，且波形峰值误差小于15%。该研究为利用离散元法进行颗粒系统力学行为及其动力响应研究提供了理论基础与技术支持。

The normal contact force determines the behavior of a particle system. To investigate the normal contact force in a one-dimensional sphere chain subjected to impact load, by comparing the simulation results of the existing typical normal contact force models embedded in the discrete element program, an improved normal contact force model was proposed in this paper. The improved model consists of two parts: the Cundall model for loading and the Daniel model for unloading. Moreover, a systematic test was designed to verify the accuracy and applicability of the improved model. The results showed that the calculated contact force curves agree well with the experimental results. Furthermore, the improved model is implemented in the solution algorithm without need for complex numerical methods and parameters fitting, leading to more efficient simulations.

Keywords:

discrete element method, normal contact force, one-dimensional sphere chain

DOI: 10.1002/msd2.12023

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/msd2.12023

Cite this article: Liu J, Zhao F, Xiao Z, Wang Y, Liu Z, Zheng H. The establishment of the normal contact force model for a one-dimensional sphere chain subjected to impact load. Int J Mech Syst Dyn. 2022;2(1):131-142.

该文亮点：

建立了球形颗粒元法向接触力改进模型；
开发了冲击荷载下一维球链颗粒系统法向接触力计算的离散元计算程序；
通过自行设计的模型实验，验证了离散元计算程序及改进法向接触力模型的正确性。

作者简介

刘军.jpg 刘军 河海大学教授、博士生导师，主要从事爆破工程、防护工程领域的教学与科研工作。针对台阶爆破优化设计方法、爆炸灾害预防与控制、冲击爆炸作用下岩体力学行为模拟、裂隙岩体的损伤理论、散体力学、离散单元法等开展了深入系统的研究。先后发表学术论文48篇（一作28篇，合著12篇（其中9篇研究生一作））；第一兼通讯作者SCI收录期刊论文12篇，其中3篇发表于岩土数值计算、振动控制与矿业工程领域国际顶刊；Ei收录期刊论文19篇，CPCI-S (ISTP)收录1篇。获国家科技进步二等奖1项，获省部级科技进步特等奖1项、一等奖2项，自然科学二等奖1项。获授权发明专利5项、实用新型专利10项，软件著作权15项。

赵伏田.jpg 赵伏田 河海大学博士研究生，主要从事岩土工程、防灾减灾工程的研究，包括冲击爆炸作用下土体力学行为测试与模拟、土体本构理论、散体力学、离散单元法等。先后发表学术论文10篇（第一或通讯作者SCI收录期刊论文3篇），获江苏省力学学会科学技术一等奖1项（1/9），获授权发明专利7项（第一完成人2项）、实用新型专利2项、软件著作权2项。

肖治民.jpg 肖治民 河海大学博士研究生，主要从事岩土体冲击动力特性及离散元数值模拟研究。发表论文3篇，其中SCI 2篇，CSCD 1篇；授权发明专利2项；主持江苏省研究生科研创新基金1项，参与国家自然科学基金1项。

王越.jpg 王越 河海大学博士研究生，主要研究方向为散体材料在冲击荷载作用下散体岩石材料动态响应的实验与仿真研究。发表学术论文1篇（一作，SCI收录）；申请国家发明专利1项（第一发明人，公开）；主持江苏省研究生科研创新项目1项；获江苏省力学学会科学技术一等奖1项。

刘政.jpg 刘政 河海大学博士研究生，主要从事高加载率荷载下耦合物质点法与离散元法的研究。先后发表学术论文3篇。获2021年度“江苏省力学学会科学技术奖”1项；获授权发明专利1项；软件著作权1项。

郑皓文.jpg 郑皓文 河海大学博士研究生，主要从事爆破工程、防护工程领域的科研工作。针对爆破振动预测算法、离散单元法等方面开展了深入的研究。先后发表学术论文3篇（一作1篇，合著2篇）；获青年科学技术奖一等奖1项；软件著作权3项。

期刊简介

IJMSD由来自18个国家的20位院士、17位国际学会主席、20位国际期刊主编等69位科学家和国际出版巨头美国Wiley出版社合作创立。主编为南京理工大学芮筱亭院士，3位合作主编分别是加拿大皇家学会会士、加拿大工程院院士、欧洲科学院院士、加拿大麦吉尔大学Marco Amabili院士，国际理论与应用力学联盟(IUTAM)前司库、国际多体系统动力学协会(IMSD)前主席、德国斯图加特大学Peter Eberhard教授和美国工程院及科学院两院院士、欧洲科学院外籍院士、中国科学院外籍院士、美国工程科学协会前主席、美国西北大学Yonggang Huang院士。

IJMSD旨在用机械系统动力学科学与技术为现代装备设计、制造、试验、评估和使用全生命周期性能的提升提供先进的理论、软件、方法、器件、标准，为全球科学家和工程专家提供广泛的机械系统动力学国际交流平台。IJMSD强调从“系统”视角及系统级工具理解动力学，所涉及的机械系统不仅包括各种不同尺度的机械系统和结构，还包括具有多物理场/多学科特征的综合机械系统。

目前，IJMSD已被ESCl, Scopus, Inspec, DOAJ等收录。2023年免收出版费，并为已录用稿件免费提供专业语言润色服务，欢迎全球科学家投稿交流。

期刊主页：

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