(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111579309.7 (22)申请日 2021.12.2 2 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市二环路北一段 111号 (72)发明人 魏江涛　任军楠　张迎宾　富海鹰　 常志旺　蒋民轩　 (74)专利代理 机构 北京国坤专利代理事务所 (普通合伙) 11491 代理人 王峰刚 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 实现颗粒磨损的离散元模拟方法、 存储介质 及设备 (57)摘要 本发明属于颗粒磨损分析技术领域， 公开了 一种实现颗粒磨损的离散元模拟方法、 存储介质 及设备， 包括： 实验法得到摩擦系数与接触力的 变化曲线， 确定摩擦衰减数学模型； 将摩擦衰减 模型嵌入到离散元程序中， 分析实验数据， 确定 模型参数； 双球离散元模型试验验证摩擦衰减模 型， 离散元模拟分析颗粒磨损对粗粒土试样宏观 力学特性的影 响。 本发明通过对颗粒接触模型的 修改， 从细观层面， 模拟颗粒磨损对粒间接触力 的影响， 进而从宏观层面， 实现颗粒接触点磨损 对粗粒土 试样宏观力学特性的影 响。 同时与传统 的方法相比， 该方法不会对颗粒的形状和粗粒土 试样的级配产生影响； 同时本发明实现容易， 且 不会增加离散元模拟时间。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 114329937 A 2022.04.12 CN 114329937 A 1.一种实现颗粒磨损的离散元模拟方法， 其特征在于， 所述实现颗粒磨损的离散元模 拟方法包括： 步骤一， 实验法得到摩擦系数与接触力的变化曲线， 确定摩擦衰减数 学模型； 步骤二， 将摩擦衰减 模型嵌入到 离散元程序中， 分析实验数据， 确定模型参数； 步骤三， 双球离散元模型试验验证摩擦衰减模型， 离散元模拟分析颗粒磨损对粗粒土 试样宏观力学 特性的影响。 2.如权利要求1所述的实现颗粒磨损的离散元模拟方法， 其特征在于， 所述步骤一中， 实验法得到摩擦系 数与接触力的变化 曲线具体过程为： 对于粗粒土试样， 通过颗粒挤压摩 擦试验， 得到颗粒摩擦系数μ随法向接触力fn变化的关系曲线， 粗粒土颗粒实验摩擦系数μ 不是定值， 随着法向接触力fn的增加而降低。 3.如权利要求1所述的实现颗粒磨损的离散元模拟方法， 其特征在于， 所述步骤一中， 确定摩擦衰减数学模型具体过程为： 对得到数据进行拟合， 建立摩擦系数 μ随法向接触力fn 变化的衰减 模型， μ＝f( μ0， μW， fn)。 4.如权利要求1所述的实现颗粒磨损的离散元模拟方法， 其特征在于， 所述步骤二具体 过程为： 利用离散元软件PFC5.0提供接触模 型的开发环境， 通过C++语 言将步骤二得到的摩 擦系数衰减模 型嵌入到颗粒接触模型当中， 并命名为FWM模 型， 依据试验数据确定摩擦衰减 模型中用到的参数。 5.如权利要求1所述的实现颗粒磨损的离散元模拟方法， 其特征在于， 所述步骤三中双 球离散元模型试验验证摩 擦衰减模型过程为： 在离散元中建立双球模 型， 固定一个球颗粒， 对另一个球颗粒施加法向力和水平力， 同时记录接触切向力与切向位移的关系曲线， 验证 摩擦衰减 模型在离 散元程序中的正确性。 6.如权利要求1所述的实现颗粒磨损的离散元模拟方法， 其特征在于， 所述步骤三中离 散元模拟分析颗粒磨损对粗粒土试样宏观力学特性的影响过程为： 将确定好参数的摩擦衰 减模型应用到粗粒土试样的离散元数值模拟中， 分析颗粒接触点磨损对粗粒土试样宏观力 学特性的影响。 7.一种接收用户输入程序存储介质， 所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求1 ～6任意一项所述实现颗粒磨损的离 散元模拟方法包括下列步骤： 步骤一， 实验法得到摩擦系数与接触力的变化曲线， 确定摩擦衰减数 学模型； 步骤二， 将摩擦衰减 模型嵌入到 离散元程序中， 分析实验数据， 确定模型参数； 步骤三， 双球离散元模型试验验证摩擦衰减模型， 离散元模拟分析颗粒磨损对粗粒土 试样宏观力学 特性的影响。 8.一种计算机设备， 其特征在于， 所述计算机设备包括存储器和处理器， 所述存储器存 储有计算机程序， 所述计算机程序被所述处理器执行时， 使得所述处理器执行权利要求 1～ 6任意一项所述实现颗粒磨损的离 散元模拟方法的步骤。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114329937 A 2实现颗粒磨损的离散元模拟方 法、 存储介质及设 备 技术领域 [0001]本发明属于颗粒磨损分析技术领域， 尤其涉及一种实现颗粒磨损的离散元模拟 方 法、 存储介质及设备。 背景技术 [0002]目前， 粗粒土在外力荷载作用下， 容易发生颗粒破碎。 颗粒破碎可以分为整体破碎 和接触点磨损， 发生整体破碎要求粒间接触力的大小超过颗粒强度， 接触点处的裂缝不断 发展， 并最终贯穿整个颗粒， 因而颗粒 的整体破碎通常发生在具有较高围压的土石坝填料 中， 或者颗粒强度较低的粗粒土中， 比如钙质砂。 颗粒接触点磨损是由于接触点处的应力集 中而导致的颗粒表面的研磨和颗粒棱角的断裂， 磨损区域周围有碎屑产生， 但颗粒形状和 试样的级配曲线不会受到影响。 实验结果表明， 颗粒接触点磨损所需要的应力水平远小于 颗粒整体破碎所需要的应力水平， 因而颗粒接触点磨损在粗粒土中是一个相对广泛存在的 现象。 [0003]在离散元中实现对颗粒接触点磨损的模拟， 通常是采用BCM(Bonded  cell model) 方法， 即通过粘结力将众多颗粒单元黏在一起形成颗粒簇， 当颗粒簇所受外部荷载超过单 元粘结力时， 颗粒在粘结的地方会断开， 进而实现颗粒簇的破碎。 但该方法计算量大， 颗粒 破碎模式固定， 且会显著的影响粗粒土试样的级配曲线， 这与颗粒接触点磨损所产生的效 果有较大 出入。 [0004]通过上述分析， 现有技术存在的问题及缺陷为： 现有技术计算量大， 颗粒破碎模式 固定， 且会显著的影响粗粒土试样的级配曲线， 这与颗粒接触点磨损所产生的效果有较大 出入。 [0005]解决以上问题及缺陷的难度为： 通过现有技术B CM方法来模拟颗粒磨损， 需要用大 量小尺寸的颗粒黏在大尺寸颗粒周围， 形成颗粒簇， 为了得到较好的模拟结果， 该方法需要 在粗粒土试样模型中增加大量的小尺寸颗粒。 如何提高程序计算效率， 缩短计算时间是现 有技术需要解决的一个难点。 [0006]解决以上问题及缺陷的意义为： 本发明提出的方法， 可以在不增加小尺寸颗粒数 量的前提下， 实现对颗粒磨损的模拟， 从而提高模拟效率， 缩短计算时间。 发明内容 [0007]针对现有技术存在的问题， 本发明提供了一种实现颗粒磨损的离散元模拟方法、 存储介质及设备。 本发 明通过确定颗粒材料参数与接触力的关系， 并构建相应的数学模型， 来实现在离 散元中对颗粒磨损的模拟。 [0008]本发明是这样实现的， 一种 实现颗粒磨损的离散元模拟方法， 所述实现颗粒磨损 的离散元模拟方法， 包括： [0009]步骤一， 实验法得到摩擦系数与接触力的变化曲线， 确定摩擦衰减数 学模型； [0010]步骤二， 将摩擦衰减 模型嵌入到 离散元程序中， 分析实验数据， 确定模型参数；说　明　书 1/4 页 3 CN 114329937 A 3