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基于micro-CT实验的颗粒体系接触力计算及演化分析

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三维颗粒体系颗粒间接触力计算是散体力学研究的重难点。以双弹性橡胶球为研究对象,开展显微CT(micro-CT)原位平压实验,基于Hertz接触理论和Tatara大变形接触理论,验证了弹性球接触模型,获得了基于实验的弹性球接触力理论公式。以三维颗粒体系为研究对象,开展了 micro-CT原位探针加载实验,获取颗粒二维图像序列,经过系列数字变换得到数字体图像,获得了不同加载状态下三维颗粒体系接触力网络,分析了颗粒体系接触力分布及演化规律,探究了强接触数量及分布演化与颗粒体系稳定性的联系。研究结果表明:基于实验的弹性球接触力公式能合理有效表征两颗粒间的接触力;探针加载下颗粒间接触力呈现以探针压头接触点为起点,向下方和四周逐级传递接触力的网状分布;强接触数量占接触总数量的45%-50%,分布贯穿于整个颗粒体系内部,支撑起颗粒体系网络结构,较大值集中于压头下方呈现树杈状分布;加载过程中,z=14 mm处建立了平衡点,平衡点处,强接触数量达到顶峰,强接触力网络结构布满整个三维颗粒体系,建立起承受外载荷的主要骨架,随着加载继续,强接触力的整体数值更高,在颗粒体系内部分布也更加均匀。

王潇、宋世琦、平子健、盛思源、商宪义、陈凡秀

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青岛理工大学理学院,青岛 266520

显微CT 原位加载 颗粒接触模型 接触力

2025

物理学报
中国物理学会,中国科学院物理研究所

物理学报

北大核心
影响因子:1.038
ISSN:1000-3290
年,卷(期):2025.74(1)
王潇,宋世琦,平子健,等.基于micro-CT实验的颗粒体系接触力计算及演化分析[J].物理学报,2025,74(1):157-167.DOI:10.7498/aps.74.20241206.