离散元中反力型刚性边界的高效模拟方法

来源：计算力学学报杂志2025年第4期北京时间：

作者：李昊,蒋明镜,阿比尔的,王多银

单位：重庆交通大学 河海学院, 重庆 400074,重庆交通大学 河海学院, 重庆 400074,苏州科技大学 土木工程学院, 苏州 215011,同济大学 土木工程学院, 上海 200092,重庆交通大学 河海学院, 重庆 400074,重庆交通大学 河海学院, 重庆 400074

摘要：使用离散单元法(DEM)进行数值仿真分析时,对颗粒体施加精确的边界条件是保证模拟结果准确性的必要前提之一。在DEM中使用刚性边界对颗粒体施加应力边界条件时,若边界处的应力条件随边界位置的变化而变化(称该类边界为反力型边界),则采用现有的伺服算法对反力型刚性边界进行模拟时会存在难以收敛的问题。为避免这一不足,本文提出了一种可在DEM仿真中精确高效地计算弹性范围内轴对称分布反力型刚性边界相对平衡位置的迭代计算方法,并将该算法植入到DEM商业软件PFC3D v6.0中,验证模拟算法的可行性及程序编写的正确性;最后进一步将算法程序用于河海大学提出的一种新型静止侧压力系数的DEM仿真试验研究中。结果表明,平衡位置算法能够准确高效地模拟DEM仿真过程中任意时刻反力型刚性边界的相对平衡位置;使用该算法后,所得仿真试验结果的波动明显减弱并获得了实际分析价值,且计算过程中迭代失败概率很小,计算效率较高。因此,可认为本文提出的平衡位置算法可在DEM中对反力型刚性边界进行精确高效的模拟。

关键词：离散单元法(DEM),反力型刚性边界,边界条件,计算方法,

基金资助：国家自然科学基金(51890911;52331010);国家重点研发计划(2022YFC3003403);重庆交通大学研究生科研创新项目(2022S0029)资助.