無粘性顆粒堆的應力分布.pdf

1、無論從工程實際還是基礎研究的角度看都有很高的重要性,顆粒系統(tǒng)在近十幾年里引起了許多物理研究者的注意.作為一特殊的凝聚態(tài)系統(tǒng),顆粒系統(tǒng)表現出既像固體又像液體的雙重行為,它的一些基本性質至今仍沒有得到很好的物理解釋.一典型的例子是無粘性顆粒堆中由其自身重量產生的應力分布問題.實驗發(fā)現,顆粒堆底部壓力分布的最大值并不總是像想象的那樣出現在堆低的中心,而可能在兩邊,即壓力分布可能在中部呈現一低陷結構.對這一有趣現象人們提出了許多不同的解釋:有些

2、人認為顆粒體堆中有類似拱棚樣的東西,使負荷不是垂直,而是沿斜線向下傳遞.有些理論認為低陷與普通連續(xù)力學相容,顆粒體堆中間部分是彈性區(qū)域,但靠近表面層的部分處于塑性狀態(tài),應力張量滿足庫侖條件.也有人認為顆粒介質需要新的本構關系,并與顆粒堆形成歷史有關.本文簡單介紹了顆粒體的一些物理特性,并對壓力低陷問題作了進一步的探討.文章認為,在遠比單個顆粒大的宏觀尺度上,顆粒系統(tǒng)仍能看作連續(xù)媒質,其應力可用一般的連續(xù)力學處理.如果慢慢除去重力這一(假

3、想)過程是可逆和彈性的,沒有任何塑性和耗散,通常的彈性理論仍對靜止顆粒體適用.只是由于顆粒體密度會發(fā)生較大變化,它的彈性系數也會隨著密度的不均勻而改變.基于這一考慮的具體模型計算發(fā)現,如果顆粒堆的密度變化是內松外緊的,其底部壓力分布能出現實驗觀測到的壓力低陷.由此我們提出猜測:對從一固定點(或線)緩慢散落顆粒而形成的圓錐形(或楔形)堆,低陷與堆的微小的內松外緊型密度變化有關,而這一密度變化可能來自顆粒沿堆邊滾落時對堆產生了一定的擾動拍緊