顆粒物質物理與力學

前言
第1章 顆粒固體的流體動力學
1.1 守恒方程和熵增加方程
1.2 牛頓流體的熱力學關系和材料模型
1.2.1 流體的平衡態(tài)熱力學
1.2.2 平衡條件與熵制造：Onsager非平衡態(tài)熱力學
1.2.3 熵流、應力和能量流的流體動力學推導
1.2.4 自由能和遷移系數(shù)模型：材料的流體動力學建模和計算
1.3 彈性固體的熱力學關系和材料模型
1.3.1 應變的幾何方程：彈性和塑性應變
1.3.2 熱力學恒等式
1.3.3 固體的0nsager關系：暫態(tài)彈性材料的弛豫型耗散
1.3.4 守恒流、熵流和塑性流的流體動力學推導
1.3.5 應變和應力不變量：主軸坐標系
1.3.6 內秉各向同性材料的彈性勢能和遷移系數(shù)
1.4 顆粒物質熱力學
1.4.1 顆粒熵和顆粒溫度的“熱力學”及其弛豫
1.4.2 顆粒物質廣義熱力學
1.5 顆粒物質的自由能和遷移系數(shù)模型
1.5.1 能量或熱力學勢函數(shù)
1.5.2 遷移系數(shù)模型
1.5.3 完整的GSH方程組
1.6 熱力學穩(wěn)定性與彈性消失：顆粒固體的應力屈服面
1.7 GSH的基本特性及其與實驗數(shù)據(jù)的對比
1.7.1 庫侖角
1.7.2 三軸測試的庫侖屈服角
1.7.3 固結曲線
1.7.4 狀態(tài)邊界面
1.7.5 靜態(tài)顆粒固體的非線性彈性特性
1.7.6 彈性應力一應變響應系數(shù)：與Kowano-Jardine實驗的對比
1.7.7 糧倉的靜應力分布：Janssen模型和Jaky公式
1.7.8 楔形顆粒堆的靜應力分布：密度非均勻對堆底壓力影響
1.7.9 局域加載力在顆粒物質中的力分布：Boussinesq問題
1.7.10 含塑性的應力-應變響應包絡環(huán)和塑性流動法則：亞塑本構公式
1.7.11 三軸動力學的GSH方程組：棘齒效應
1.7.12 三軸動力學：等體積軸向循環(huán)變形下的應力松弛
1.7.13 三軸動力學：定壓和循環(huán)剪切力作用下的8-字形響應曲線
1.8 討論
參考文獻
第2章 顆粒物質統(tǒng)計力學
2.1 體積系綜
2.1.1 體積系綜的基本思想
2.1.2 一維顆粒體系的體積V(X)
2.1.3 三維顆粒體系的體積V(X)
2.1.4 顆粒的混合與分離特性
2.1.5 Z-φ相圖
2.2 力系綜
2.2.1 P系綜
2.2.2 邊界力矩系綜
2.2.3 應力系綜
2.3 能量系綜
2.4.Jamming相圖
2.4.1 無摩擦軟球形顆粒Jammed體系的性質
2.4.2 無摩擦球形顆粒Jammed系統(tǒng)的平均場理論
2.5 接觸力測量技術及分布規(guī)律
2.5.1 測量技術
2.5.2 力分布規(guī)律
2.5.3 力分布規(guī)律的統(tǒng)計解釋
2.6 研究展望
參考文獻
第3章 顆粒氣體動力學
3.1 與經(jīng)典分子氣體的比較
3.2 研究方法
3.2.1 重力和微重力實驗
3.2.2 硬球分子動力學模擬
3.2.3 流體動力學理論
3.3 基本統(tǒng)計特性
3.3.1 均勻自由冷卻體系
3.3.2 受外力驅動的顆粒氣體
3.4 類氣液相變
3.4.1 顆粒團簇
3.4.2 基本模型
3.4.3 橫向均勻態(tài)及負壓縮性質
3.4.4 亞穩(wěn)分界線和兩相共存線
3.4.5 邊緣穩(wěn)定性分析和臨界尺寸
3.4.6 討論
3.5 雙倉體系非線性動力學現(xiàn)象
3.5.1 單分散體系麥克斯韋妖現(xiàn)象
3.5.2 雙分散體系麥克斯韋妖現(xiàn)象
3.5.3 雙分散體系振蕩現(xiàn)象
3.5.4 雙分散體系的分岔行為
3.6 小結
參考文獻
第4章 顆粒的抗轉動接觸模型
4.1 發(fā)生接觸的顆粒運動
4.1.1 顆粒間的相對轉動
4.1.2 顆粒的轉動率
4.1.3 顆粒的能量耗散
4.2 抗轉動的顆粒接觸模型
4.3 考慮轉動阻力的顆粒運動
4.3.1 單一接觸面的情況
4.3.2 多接觸面的情況
4.4 剛性邊界的雙軸試驗
4.4.1 整體力學特性.
4.4.2 局部力學特性
4.5 小結
附錄A 抗轉動接觸模型比較
附錄B 接觸位移的分解
符號表
參考文獻
第5章 細觀結構與宏觀力學性質的關聯(lián)
5.1 引言
5.2 符號規(guī)則
5.3 細觀結構的定量描述
5.3.1 顆粒的幾何特性
5.3.2 對偶幾何系統(tǒng)
5.4 應力張量的細觀定義
5.5 應變張量的細觀定義
5.6 細觀組構對材料力學性能的影響
5.6.1 配位數(shù)
5.6.2 組構各向異性
5.6.3 顆?？臻g排列
5.6.4 顆粒形狀
5.6.5 加載引起的細觀結構演化
5.7 小結
符號表
參考文獻
第6章 巖土顆粒力學
6.1 經(jīng)典土力學蘊含的顆粒力學問題
6.1.1 有效應力與顆粒間作用力
6.1.2 巖土彈塑性極限狀態(tài)與臨界狀態(tài)土力學
6.1.3 離散元方法和CT技術
6.2 巖土顆粒力學的強度
6.2.1 接觸力鏈的定性分析
6.2.2 宏觀強度與顆粒間摩擦強度的相似關系
6.2.3 Rowe應力剪脹關系的局限
6.2.4 影響宏觀強度與顆粒問摩擦強度相似關系的因素
6.2.5 宏觀強度的偽“尺寸效應”
6.2.6 宏觀強度的尺寸效應
6.2.7 宏觀強度的尺寸效應與應變率的關系
6.3 理想顆粒材料的物理實驗與數(shù)值模擬
6.3.1 光彈顆粒等體積剪切試驗
6.3.2 無側限雙軸壓縮試驗
6.3.3 片狀顆粒材料的貫入實驗
6.4 小結
符號表
參考文獻
第7章 顆粒物質類固-液轉變過程的分析
7.1 引言
7.2 離散元模擬
7.2.1 應力、接觸時間數(shù)和慣性數(shù)
7.2.2 轉變區(qū)的確定
7.3 時空參數(shù)特性
7.3.1 應力分布特性
7.3.2 接觸時間數(shù)特性
7.3.3 顆粒群特性
7.3.4 慣性數(shù)特性
7.4 顆粒體系的能量
7.4.1 顆粒體系的能量平衡狀態(tài)
7.4.2 能量的分布特性
7.5 類固-液轉變的本構方程
7.5.1 類固態(tài)和類液態(tài)的本構方程
7.5.2 類固-液轉變的本構方程
7.6 小結
符號表
參考文獻
第8章 點載荷響應及剪切帶演變的模擬
8.1 點載荷作用下的力傳遞特性分析
8.1.1 數(shù)值模擬設置
8.1.2 點載荷在體系中的傳遞
8.1.3 應力分布
8.2 單軸壓縮下的力鏈結構
8.2.1 力鏈的接觸力判據(jù)
8.2.2 力鏈的角度判據(jù)
8.2.3 側向壓力系數(shù)
8.3 雙軸壓縮下剪切帶的形成與發(fā)展
8.3.1 宏觀現(xiàn)象
8.3.2 應變局部化的細觀分析
8.3.3 顆粒的旋轉分析
8.3.4 力鏈結構的3種類型
8.3.5 能量的演化
8.4 小結
附錄A 光彈靜力觸探實驗
A.1 光彈圖像的平均灰度梯度法，(G2)方法
A.2 實驗設置
A.3 力的分布
A.4 力鏈網(wǎng)絡形態(tài)的描述
附錄B 顆粒體系的能量
B.1 彈性能
B.2 動能
B.3 摩擦耗能
附錄C 高科學置信度大規(guī)模計算
附錄D 顆粒物質的細觀力學
參考文獻