1圆锥贯入过程的离散元仿真2

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1、万方数据209年1月农业机械学报第40卷第1期圆锥贯人过程的离散元仿真*孙鹏高峰李雯姚圣卓弓永涛(北京航空航天大学交通科学与工程学院，北京100191)【摘要】以室内矾土颗粒、玻璃球和Toyoura砂的贯入试验结果为参考，利用离散单元法对圆锥贯入过程进行了数值仿真。数值仿真与室内试验结果对比表明：数值仿真得到的颗粒集合的贯入曲线与室内试验的结果较吻合．说明离散元法能够很好地模拟圆锥贯入过程中颗粒之间、颗粒与圆锥间的相互作用。并得到合理的宏观特性。仿真和室内试验都指出，随着孔隙率的增大，贯入阻力的数值随之减小。最后，就细观参数、贯入速度、试样颗粒数量及颗粒形

2、状等因素变化对数值仿真结果的影响进行了分析。关键词：圆锥贯入离散单元法数值模拟细观参数中图分类号：TU411．；0242．1文献标识码：ADiscreteElementSimulationofConePenetrationProcessSunPengGaoFengLiWenYaoShengzhuoGongYongtao(SchoolofTransportationScienceandEngineering，BeihangUniversity，Beijing100191，China)AbstractBasedontheresultsofconepenetra

3、tionlaboratorytestsonaluminaballs，glassballsandToyourasand，thediscreteelementmethod(DEM)wasusedtosimulateconepenetrationprocess．Comparedthenumericalsimulationwithexperimentalresults，thecurvesofsimulationhavethesametendency∞thoseofpenetrationexperiment，whichindicatesthatDEMcaneffec

4、tivelysimulatetheforcebetweenparticles,theforcebetweenflparticleandtheconewhentheconeispenetrating，andgetthereasonablemacroscopiccharacteristics．Boththesimulationandthepenetrationexperimentindicatethatthepenetrationresistancedecreasedwiththeincreaseoftheporosity．Finally，theinfluen

5、cesonthenumericalsimulation，causedbythevariationofmesoscopicparameters，penetrationspeed，quantitiesoftheparticlesandparticleshape，wereanalyzed．KeywordsConepenetration，Discreteelementmethod，Numericalsimulation，Mesoscopicparameter引言圆锥贯入仪可以测量土壤的圆锥指数，而圆锥指数在地面力学中可以用来评价车辆在该土壤的通过性。刘大维⋯曾经对

6、大庆沼泽地区的土壤进行了圆锥指数的测量，分析了该地区车辆通过性差的原因。学者们提出利用电动机电流测量土壤圆锥指数【2J。并设计能够测量水分和容积密度对土壤强度影响的组合式圆锥贯入探针[3]，进一步完善了圆锥贯入试验。在圆锥贯入的数值仿真方面，Winfred[4J用有限元软件MSC／DYTR州在沙土和粘土2种虚拟土壤上进行了圆锥贯入的模拟。Huang[5]进行了非粘性土壤圆锥贯入试验的有限元分析，模拟了较为逼真的贯入过程。但有限元法无法观测到土壤颗粒相互之间的细观作用演化规律，其应用在土壤动态行为的分析上存在一定的缺陷。离散单元法不仅可以解决土壤整体大变形的

7、问题，还可以解决颗粒与颗收稿日期：2008一01—16修回日期：2008—02—19*国家“863”高技术研究发展计划资助项目(2007AAllZ244)和高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20070006012)作者简介：孙鹏，博士生，主要从事深空探测车辆地面力学研究，E．mail：buaa—sunp@126．com万方数据第1期孙鹏等：圆锥贯入过程的离散元仿真185粒间的摩擦和剪切问题，比较适合应用在机械与土壤的交互作用上。日本京都大学学者TaIlaka【6J为验证离散元土壤模型的适用性，进行了杆穿透土壤的模拟。以色列的舡af[7】为探索耕作土壤

8、所需的离散元模型参数，进行了顶角为30。的楔子贯入模拟。京都大学K