显微CT探究三维颗粒体系颗粒间力学行为

为描述三维颗粒体系颗粒间的微观力学行为,以陶粒为研究对象,利用显微CT开展三维颗粒体系原位加载实验,获得下压位移间隔为 0.2 mm的颗粒二维图像序列.经三维重构得到颗粒体系的数字体图像,构建三维颗粒的孔隙网络模型,计算不同加载状态下的颗粒间接触信息.对接触信息进行量化统计,提出以颗粒接触面积衡量接触力的表征方法,从接触面积、竖向夹角、竖向力和配位数等新视角分析颗粒体系力学性能的变化规律,描述三维颗粒体系中颗粒间力学行为和力链发展演化的内在联系,提取强接触颗粒信息并对比颗粒位置坐标变化.研究结果表明:加载过程中,接触数量呈现递减趋势,强接触占总接触数量的 1/3,平均接触面积基本不变;颗粒体系内部竖向夹角θ<45°和θ>45°数量占比维持在2:3;竖向力是接触力和竖向夹角共同作用的结果,其数值受竖向夹角影响更加显著;平均配位数整体呈下降趋势,配位数为 3,4 和 5 的颗粒数量占比约70%;此外,颗粒与压头接触点位置影响强接触颗粒坐标变化,新接触点附近区域往往伴随接触行为的更新.