颗粒材料中的应力诱导各向异性：组构、刚度与渗透性
软凝聚态物质
2018-12-21 v1
摘要
颗粒材料的加载诱导了颗粒排布（组构）以及材料强度、增量刚度与渗透率的各向异性。我们发展了十三种组构各向异性度量，分为四类：颗粒体的优先取向、颗粒表面的优先取向、接触法线的优先取向以及空隙空间的优先取向。空隙各向异性通过图像分析与Minkowski张量描述。如三轴平面应变恒平均应力压缩的三维离散元模拟所确定，这十三种各向异性度量在加载过程中发生变化。模拟了四种不同颗粒形状的颗粒集合体。接触取向度量对加载最为敏感，在小应变下即发生很大变化，而其他度量滞后于加载过程，并持续变化超过峰值应力状态甚至在各向异性应力近乎达到稳态之后。本文实现了在双轴加载过程中表征颗粒集合体增量刚度的方法，采用保持组构与刚度张量主轴的正交各向异性加载增量。亚塑性强切向刚度的线性部分通过固结加载增量监测。该刚度在初始压缩加载方向增大，而在拉伸方向减小。该刚度的各向异性与接触组构的某一特定度量密切相关。利用格子Boltzmann方法在加载各阶段及四种颗粒形状集合体上于三个方向测量渗透率。有效渗透率与定向平均自由程负相关，与孔隙宽度正相关。
引用
@article{arxiv.1812.08267,
title = {Stress-induced anisotropy in granular materials: fabric, stiffness, and permeability},
author = {Matthew R. Kuhn and WaiChing Sun and Qi Wang},
journal= {arXiv preprint arXiv:1812.08267},
year = {2018}
}