力学学报  2019 , 51 (1): 14-15

颗粒材料计算力学专题

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颗粒材料是由大量不同形状、尺寸的离散颗粒及其孔隙介质组成,具体表现为自然界中的滑坡、沙尘、工程结构中的土体、混凝土、工业生产中的矿石、谷物等,是自然环境、工程应用和日常生活中出现最广泛的材料之一.由于颗粒材料在微尺度下的形态复杂性、非均质性和随机性,其在宏观尺度上也呈现出复杂的力学行为.当颗粒材料与其周围流体、工程结构发生耦合作用时,则会呈现出更加复杂的多尺度、多介质力学特性.采用数值方法对颗粒材料中的力学问题进行深入分析,对工程应用中的颗粒问题进行有效解决,则是当前颗粒材料计算力学的主要任务.

本颗粒材料计算力学主题包含7篇论文,是从第四届全国颗粒材料计算力学会议(CMGM-2018)论文中择优选取的,反映了我国当前颗粒材料计算力学领域的研究状态.其中北京大学刘谋斌等《超疏水小球低速入水空泡研究》采用高速摄影方法在实验室水箱中开展超疏水小球低速入水实验,研究了不同韦伯数和邦德数下小球的低速入水过程和空泡动力学行为,并结合理论分析总结了不同类型空泡的形成条件,以期为微小颗粒物沉降、工业涂装等相关问题的研究提供参考;大连理工大学季顺迎等《水位变化对正倒锥体冰载荷影响的离散元分析》采用具有粘结破碎功能的离散元方法模拟平整冰与正倒锥体结构的相互作用过程,对比分析了海冰分别与上、下锥体作用时的破坏模式和冰载荷变化规律,讨论了正倒锥交界处海冰破坏模式的变化情况,进而揭示了海冰与锥体结构不同位置作用时的破碎机理和冰载荷特性;华侨大学谭援强等《尼龙粉末在SLS预热温度下的离散元参数确定及流动特性分析》建立了SLS工艺中${^\circ}$预热温度下尼龙粉末的DEM模型并对其计算参数进行了试验验证,对加热旋转圆筒中尼龙粉末的流动过程进行了DEM数值模拟,研究了粉体粒径对尼龙粉末流动特性的影响,以期为增材制造粉体流动性和粉体铺展提供依据;东北大学李健等《粘接-映射混合算法及其对颗粒材料中板的振动特性分析》将粘接算法与质点弹簧法相结合,通过有限元映射方式获得连续体中相关系数,形成粘接-映射混合算法,利用计算机集群和GPU两个层级的并行算法,针对颗粒材料中振动板问题的离散-连续耦合问题,采用粘接-映射混合算法对板的动力学行为和颗粒材料的耗能特性进行研究;武汉大学周伟等《颗粒材料三维应力路径下的接触组构特性》研究了三维应力路径下颗粒材料的宏微观力学参数的演化过程、三维组构张量与应力张量多重联系以及强接触体系反映的宏观应力特征,有助于进一步理解颗粒体系内部的结构特征;中科院过程工程研究所葛蔚等《竖冷设备中烧结矿石偏析行为的GPU高性能模拟》主要研究进料管的结构对烧结矿石偏析的影响,通过对比三种进料管结构,提出改变进料管结构抑制烧结矿石偏析的方案,以期为优化竖冷设备的结构提供参考;河海大学刘斯宏等《颗粒材料破碎演化路径细观热力学机制》推导了宽粒径无摩擦脆性球体颗粒集合体等向压缩过程中的破碎演化,实现了破碎理论从描述颗粒破碎到预测颗粒破碎的突破,对理解更为复杂的颗粒材料破碎行为也具有参考价值.

上述文章聚焦于颗粒材料中计算方法、分析软件和工程应用的关键和难点问题,对当前颗粒材料计算力学的研究现状进行探讨,以期在基础理论、数值方法和工程应用方面推动颗粒材料计算力学的发展.

最后,非常感谢CMGM-2018会议的大会主席华侨大学徐西鹏教授和大连理工大学李锡夔教授对本次会议的指导,感谢本次会议学术委员会对本次颗粒材料计算力学专题的组织,感谢《力学学报》对颗粒材料计算力学研究方向的大力支持.

季顺迎(大连理工大学)

谭援强(华侨大学)

The authors have declared that no competing interests exist.


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