颗粒物质力学导论

前言

第1章颗粒物质

1.1简介

1.2静力学现象

1.2.1库仑摩擦定律

1.2.2粮仓效应

1.2.3有效应力原理

1.3动力学现象

1.3.1颗粒流

1.3.2振动对流现象

1.3.3挤压膨胀

1.4颗粒物质力学

1.5研究方法

参考文献

第2章球形颗粒接触力学

2.1无黏连球形颗粒接触力

2.1.1法向力(Hertz理论)

2.1.2切向力(MindlinDeresiewicz理论)

2.2黏连球形颗粒接触力

2.2.1Bradley理论和DMT理论

2.2.2JKR理论

2.2.3MaugisDugdale理论

2.2.4Thornton理论

参考文献

第3章软球模型和硬球模型

3.1软球模型

3.1.1接触力计算

3.1.2弹性系数的确定

3.1.3阻尼系数的确定

3.2硬球模型

3.2.1一维碰撞

3.2.2三维碰撞

3.2.3法向恢复系数

3.2.4切向恢复系数

3.3模型对比

参考文献

第4章湿颗粒液桥力

4.1颗粒间隙液体分布

4.2静态液桥力

4.2.1极限液桥距离

4.2.2湿颗粒群中静态液桥力

4.3动态液桥力

4.3.1牛顿流体法向挤压力

4.3.2幂律流体法向挤压力

4.3.3牛顿流体切向阻力

4.3.4幂律流体切向阻力

4.4液桥力与干颗粒接触力

参考文献

第5章颗粒离散元方法

5.1颗粒接触的搜索

5.2基于硬球模型的离散元方法

5.3基于软球模型的离散元方法

5.3.1动态松弛法

5.3.2瑞利阻尼

5.3.3差分方法

5.3.4静力问题的实现

5.3.5动力问题的实现

5.3.6时间步长的确定

5.4需要说明的问题

参考文献

第6章力链

6.1力链的形成

6.2接触力的检测

6.2.1光弹性应力分析法

6.2.2压痕法

6.2.3电子天平称重法

6.2.4离散元方法

6.3基于力链的颗粒体系接触应力

6.4基于力链的颗粒体系摩擦系数

6.5基于力链的颗粒体系恢复系数

6.6力链的实验检测

6.7颗粒体系中的多尺度结构

6.8颗粒体系中的特征时间

6.9以力链为核心的多尺度力学

参考文献

第7章颗粒流

7.1简介

7.2体积恒定的颗粒流

7.3应力恒定的颗粒流

7.4密集颗粒流模型

7.5泥石流

7.6需要说明的几个问题

参考文献

第8章沙粒跃移运动的模拟

8.1简介

8.2沙粒的基本运动形式

8.2.1跃移运动

8.2.2蠕移运动

8.2.3悬移运动

8.3沙床生成

8.4沙粒起跳

8.5沙粒起跳速度分布

参考文献

第9章风成沙纹的模拟

9.1机理研究

9.2随机模拟

9.3流体力学模型

9.4颗粒离散元模拟

9.5沙漠上的风速分布

9.5.1颗粒没有运动时的风速分布

9.5.2颗粒运动时的风速分布

9.6沙粒的起动规律

9.6.1粗颗粒的起动

9.6.2细颗粒的起动

9.7沙纹形态分析

9.7.1沙纹的基本形态

9.7.2沙纹的成因

9.8沙纹形态的随机模拟

9.8.1参数的确定

9.8.2蠕移过程的模拟

9.8.3沙纹达到稳定形态的分析

9.8.4沙纹的演进过程

9.8.5风速和粒径的影响

参考文献

第10章堆石体中的接触力分布

10.1简介

10.2堆石料的静动力学特性

10.3堆石料级配

10.4堆石坝模型

lO.5堆石体中的力链网络

10.6堆石体中的力分布

10.7堆石体中的力传播

参考文献

附录A颗粒接触运动分析

附录B颗粒接触能量耗散分析

参考文献

附录C常用符号表

　　本书以颗粒接触力链为主线，先后介绍了颗粒接触力学理论及其简化模型、力链结构及实验检测技术、颗粒离散元方法、颗粒流以及几个算例等，初步构建了以力链为核心的颗粒物质多尺度力学研究框架，提出了力链网络的复杂动力学响应决定颗粒体系宏观力学性能的假设，介绍了尺度结构划分和跨尺度作用关联等关键问题。本书可供物理、力学、水利、土建和化工等领域从事颗粒物质体系和颗粒流体系统等研究的科研人员以及高等院校相关专业的研究生和高年级本科生参考。　　颗粒物质是大量离散的固体颗粒相互作用而组成的复杂体系，具有多物理机制和多尺度结构层次的特点，许多现象不能用一般的力学和凝聚态物理很好的解释，是物理和力学的前沿领域。对颗粒物质体系平衡和运动规律及其应用的研究逐渐成为一门科学颗粒物质力学。在颗粒体系内部，颗粒相互接触形成诸多强度迥异的力链，力链连接成网络，其复杂的动力学响应决定颗粒体系宏观力学性能。本书以力链为主线，介绍了颗粒接触理论及简化模型、力链结构及实验检测技术和颗粒离散元等，初步构建了以力链为核心的多尺度研究框架。　　本书可供物理、力学、水利、土建和化工等领域从事颗粒物质体系和颗粒流体系统等研究的科研人员以及高等院校相关专业的研究生和高年级本科生参考。