颗粒离散元法是分析散体力学行为的新有有效数值方法,其应用涵盖诸多工程领域.接触模型是离散元法的基础,目前多采用干球颗粒模型模拟,而国际上基于湿颗粒模型的模拟极少,且限于牛顿流体,特别是对于球颗粒的切向错移的研究迄今仍然停留在ONeill和Goldman在1967年前牛顿流体下圆球相对于平板切向运动的解.该文重点是建立非牛顿的幂律流体湿颗粒模型并结合典型工程背景进行离散元模拟初步探索.1.在湿颗粒离散元建模方面,该文完成了如下研究:(1)对填隙幂律流体下两球间的法向对心挤压流动得到了流体压力分布和粘性力的数值解,作者参与其中并给出了超几何函数形式的解析解.该文解光滑连续,比Rodin的分段解精确合理.(2)填隙幂律流体下两圆球切向错移时的粘性力分析是该文的核心.由于分析上的困难,作者曾在对速度场作附加假定条件下得到压力分布和粘性阻力的数值解;该文则进一步放弃附加假定,得到更为精确的压力方程,并得到相应的压力分布和阻力的解析解,解决了30多年来停滞不前的难题.(3)对填隙宾汉流体下两球间的挤压流动进行了初步分析,导出了与压力分布相关的屈服区-刚性层界面的方程,并得到挤压粘性力的拟合公式.作者已认识到由于宾汉流体存在屈服应力所引起的复杂性,还有不少问题需要进行深入探讨.2.将幂律流体湿颗粒模型形成算法并加入到离散元程序中,初步模拟了贯入和两面楔切土两种典型工程问题.这些模拟实践所表明的共同规律是,颗粒床的阻力随着贯入或推-切土过程的演进呈波动状增加,这与颗粒间接触联系的不断破坏和重新形成有关;湿颗粒床的阻力要比干颗粒床大,而且随着幂指数的增大而增大.不同类型的模拟又有自身规律,如贯入棒插入料床后在插入端附近产生应力集中,接触力在其下区域呈辐射状传递因而端部承受了绝大部分阻力;两面楔切土模拟指出楔的水平倾角越大,推土所受的阻力也越大.这些看似简单而合乎实际的结果不仅证明了颗粒离散元法的合理性,也预示了用该方法精确描述壁运动条件进行大规模科学计算有可能定量地完成过程工程的仿真,具有技术创新意义.该文的主要创新点在于,在Reynolds假定下导出了填隙幂律流体下两刚性圆球间切向错移时的粘性阻力的解析解,使得它与法向挤压流动的解共同组成了较完整的幂律流体湿颗粒离散元作用模型;在Reynolds假定下分析了宾汉流体下两球间的挤压流动并回归得到挤压粘性力公式;把幂律流体湿颗粒模型反映到离散元程序并结合典型工程问题进行了初步的模拟.