打结颗粒链系统垂直激励下横向运动的DEM模拟研究

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激励条件颗粒介质系统的动力学行为研究是当前物理力学前沿领域的热点课题。颗粒链是颗粒介质系统中相对简单的系统,但依然表现出复杂的随机特性和非平衡态特征,其动力学行为与聚合物大分子链、DNA分子链等具有很好的比拟性。然而目前人们对颗粒链系统的运动规律认识仍然不够清晰,尤其是对垂直振动条件下颗粒链系统的运动规律和相关机理还需进行深入地研究。单纯的运用实验手段以及半经验、半理论的研究方法已经无法认识颗粒链系统内在的复杂性,因此,基于物理模型的计算机模拟已逐步成为研究颗粒介质系统内在机理、介观特性以及复杂结构的一个重要手段。  本文针对垂直激励下打结颗粒链横向行走的实验结果,采用DEM数值仿真方法实现了垂直激励条件下打结颗粒链的横向行走。相关计算结果表明:  1)在DEM数值模拟中,可以选择中间大两端小并呈指数型变化的振动平台黏度系数来模拟实验中刻槽的变化及影响;  2)对打结颗粒链横向运动平均速度来说,振动平台的振动频率和振幅影响相对较大,而颗粒杨氏模量、颗粒泊松比以及链绳弹性系数相对较小;  3)对打结颗粒链横向运动中颗粒温度变化来说,振动平台振动频率、振动平台振幅、颗粒杨氏模量、颗粒泊松比、链绳弹性系数等对颗粒温度均有不同程度的影响,但相对而言颗粒杨氏模量的影响相对较大。  本文研究结果定性地反应了打结颗粒链的横向动力学行为,为更好地理解和解决其他研究领域面临的相关问题提供了依据,具有一定的借鉴意义。
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