浸没条件下离散颗粒系统的平均应力张量
软凝聚态物质
2023-01-19 v1
摘要
平均应力张量对于研究颗粒物质的动力学至关重要。本文利用 Hamilton 最小作用量原理推导受水动力场作用的离散颗粒集合的平均应力张量，以及恰当定义代表体积元（RVE）的严格条件。我们努力的主要目标是将颗粒物理向上尺度化为涉及颗粒与水复杂相互作用系统的合理应力张量。我们辨识了非平衡力、水动力、重力、外力以及颗粒涨落对应力张量的贡献。由此，当颗粒系统处于复杂环境（例如水下条件）时，分离不同力场的影响颇为便利。所得公式随后通过干态与饱和颗粒系统的三轴试验模拟，采用离散元法（DEM）与格子 Boltzmann 法（LBM）进行验证。结果表明，所推导公式能准确计算具各种体力场的离散集合的应力张量。我们利用经过验证的 DEM-LBM 浸没颗粒柱崩塌模拟，以该数学形式探究颗粒尺度的物理并展示其潜力。我们基于颗粒集合尺度提供了研究流固相互作用的新视角。由于应力分析在颗粒材料本构建模中的重要性，本工作有助于更好地获取饱和或浸没颗粒系统的应力-应变关系。
引用
@article{arxiv.2301.07567,
title = {Mean Stress Tensor of Discrete Particle Systems in Submerged Conditions},
author = {Zhuan Ge and Teng Man and Sergio Andres Galindo-Torres},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.07567},
year = {2023}
}