高速冲击下流体饱和脆性颗粒材料的预测模型
软凝聚态物质
2023-09-01 v1 流体动力学
摘要
颗粒材料——大量离散、不相连固体颗粒的聚合体——在自然与工业环境中无处不在。其行为预测模型具有广泛的应用，例如国防、采矿、建筑、制药以及行星表面探测。在许多此类应用中，颗粒材料与液体和气体混合并相互作用，以非直观的方式改变其有效行为。尽管此类材料已被研究逾一个世纪，对其行为的统一描述仍难以达成。本工作中，我们开发了一种适用于极具挑战性条件——高速冲击事件——下的颗粒材料及其混合物的模型。该模型基于孔隙力学与混合物理论的热-力框架，将冲击过程中被激活的多种变形机制的描述——颗粒断裂与破碎、孔隙塌缩与膨胀、冲击加载以及孔隙流体耦合——结合在一起。该方法允许同时模拟颗粒材料与孔隙流体，并包含二者各自的运动及其复杂相互作用。给出了模型的一般形式，并具体应用于文献中已研究的两种砂土。模型预测显示与这些材料在数 GPa 应力下的实验观测紧密吻合，且模拟捕捉到了干燥与完全饱和砂土在 1.3 km/s 弹丸冲击下的不同动态响应。
引用
@article{arxiv.2308.16811,
title = {A predictive model for fluid-saturated, brittle granular materials during high-velocity impact events},
author = {Aaron S. Baumgarten and Justin Moreno and Brett Kuwik and Sohanjit Ghosh and Ryan Hurley and K. T. Ramesh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.16811},
year = {2023}
}