颗粒物质具有典型的离散性与粒子作用的非线性耗散性,使其在不同外力作用下会表现出一些复杂而又独特的性质,呈现出丰富的物理内涵,近年来逐渐成为力学、物理学和诸多工程应用学科研究的重要前沿领域。静态堆积的颗粒物质通常会表现出明显的固态特性,系统具有一定的强度和抗剪切能力,当有物体在其内发生运动时,系统会发生屈服并产生局部流动,同时物体也会受到周围粒子的碰撞或摩擦而产生作用力,这明显不同于其在液体中受到的阻力或拖曳力。本学位论文主要针对物体在颗粒物质内部的旋转运动这一基础性问题,基于离散单元法及相应的多尺度统计方法,研究了颗粒物质内的转子在持续旋转时受到的阻力特性,分析了系统屈服后局部粒子的动力学行为,尝试建立了转子受到的阻力与相对深度的标度关系,在此基础上讨论了转子的形状、转速等因素对阻力特性的影响规律。论文主要工作如下:首先,建立了圆盘形转子在颗粒物质中绕轴旋转的离散动力学模型,系统定量地研究了转子与颗粒物质的相互作用过程,统计得到了从初始旋转到稳定阶段转子受到的扭矩的变化特征,分析了转子不同表面的受力特征及随时间的演化规律;在此基础上,进一步研究了埋入深度的变化对转子动力学特征的影响,讨论了转子所受的扭矩与其周围的压力相关性以及对系统初始状态的无关性;根据阻力对深度的依赖性,基于一系列模拟结果,建立了转子在稳态旋转时受到的扭矩与其在介质内的埋入深度之间的标度关系。其次,通过参数分析方法研究了转子在颗粒物质内旋转时对系统内应力分布特征的影响。分析了转子旋转过程中周围粒子的动力学行为,讨论了转子周围区域内局部体积分数、颗粒与转子的接触方式及颗粒的运动、迁移等特征量的统计特征;根据旋转后系统内颗粒的能量空间分布,发现了以转子为中心的哑铃状激发区域,进一步讨论了这种激发区域的几何特征以及对系统稳态状态形成的影响;此外,分析了转子的旋转引起的系统内应力分布的各向异性特征,并以此讨论了转子周围拱形结构的形成对其低压力区出现的影响机制。最后,基于由圆杆组成的不同形状的转子模型,研究了转子形状对其旋转阻力的影响。根据圆盘与圆杆类转子所受扭矩、竖向力及接触数目随旋转转速的演化特征,分析了转子形状对转子与颗粒相互作用的影响规律,在此基础上,分析了旋转速度对转子的阻力特性及周围粒子运动状态的影响,并进一步探究了转速引起的阻力差异的产生原因。本学位论文基于建立的力学模型和有效的数值计算方法,系统研究了做旋转运动的物体与颗粒物质间的相互作用过程,这些定量研究对深入理解复杂环境下机械设备在离散介质中持续或往复运动时受到的阻力特征是一种非常重要的途径。相关问题的研究,一方面定量揭示了运动物体与离散介质间复杂的相互作用过程,同时也可以对相关设备在不同环境下的作业性能、工作效率及其使用寿命预测和结构优化设计等提供重要的理论依据。