顆粒物質(zhì)物理與力學(xué)

前言
第1章 顆粒固體的流體動力學(xué)
1.1 守恒方程和熵增加方程
1.2 牛頓流體的熱力學(xué)關(guān)系和材料模型
1.2.1 流體的平衡態(tài)熱力學(xué)
1.2.2 平衡條件與熵制造：Onsager非平衡態(tài)熱力學(xué)
1.2.3 熵流、應(yīng)力和能量流的流體動力學(xué)推導(dǎo)
1.2.4 自由能和遷移系數(shù)模型：材料的流體動力學(xué)建模和計算
1.3 彈性固體的熱力學(xué)關(guān)系和材料模型
1.3.1 應(yīng)變的幾何方程：彈性和塑性應(yīng)變
1.3.2 熱力學(xué)恒等式
1.3.3 固體的0nsager關(guān)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(xué)推導(dǎo)
1.3.5 應(yīng)變和應(yīng)力不變量：主軸坐標(biāo)系
1.3.6 內(nèi)秉各向同性材料的彈性勢能和遷移系數(shù)
1.4 顆粒物質(zhì)熱力學(xué)
1.4.1 顆粒熵和顆粒溫度的“熱力學(xué)”及其弛豫
1.4.2 顆粒物質(zhì)廣義熱力學(xué)
1.5 顆粒物質(zhì)的自由能和遷移系數(shù)模型
1.5.1 能量或熱力學(xué)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(xué)穩(wěn)定性與彈性消失：顆粒固體的應(yīng)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(jié)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(yīng)力一應(yīng)變響應(yīng)系數(shù)：與Kowano-Jardine實驗的對比
1.7.7 糧倉的靜應(yīng)力分布：Janssen模型和Jaky公式
1.7.8 楔形顆粒堆的靜應(yīng)力分布：密度非均勻?qū)Χ训讐毫τ绊?br />1.7.9 局域加載力在顆粒物質(zhì)中的力分布：Boussinesq問題
1.7.10 含塑性的應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)包絡(luò)環(huán)和塑性流動法則：亞塑本構(gòu)公式
1.7.11 三軸動力學(xué)的GSH方程組：棘齒效應(yīng)
1.7.12 三軸動力學(xué)：等體積軸向循環(huán)變形下的應(yīng)力松弛
1.7.13 三軸動力學(xué)：定壓和循環(huán)剪切力作用下的8-字形響應(yīng)曲線
1.8 討論
參考文獻
第2章 顆粒物質(zhì)統(tǒng)計力學(xué)
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(yīng)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(zhì)
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(shù)及分布規(guī)律
2.5.1 測量技術(shù)
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(xué)
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(xué)模擬
3.2.3 流體動力學(xué)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(qū)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(fù)壓縮性質(zhì)
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(xué)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(jié)
參考文獻
第4章 顆粒的抗轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動
4.1.2 顆粒的轉(zhuǎn)動率
4.1.3 顆粒的能量耗散
4.2 抗轉(zhuǎn)動的顆粒接觸模型
4.3 考慮轉(zhuǎn)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(xué)特性.
4.4.2 局部力學(xué)特性
4.5 小結(jié)
附錄A 抗轉(zhuǎn)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(xì)觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)
5.1 引言
5.2 符號規(guī)則
5.3 細(xì)觀結(jié)構(gòu)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(yīng)力張量的細(xì)觀定義
5.5 應(yīng)變張量的細(xì)觀定義
5.6 細(xì)觀組構(gòu)對材料力學(xué)性能的影響
5.6.1 配位數(shù)
5.6.2 組構(gòu)各向異性
5.6.3 顆粒空間排列
5.6.4 顆粒形狀
5.6.5 加載引起的細(xì)觀結(jié)構(gòu)演化
5.7 小結(jié)
符號表
參考文獻
第6章 巖土顆粒力學(xué)
6.1 經(jīng)典土力學(xué)蘊含的顆粒力學(xué)問題
6.1.1 有效應(yīng)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(xué)
6.1.3 離散元方法和CT技術(shù)
6.2 巖土顆粒力學(xué)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(guān)系
6.2.3 Rowe應(yīng)力剪脹關(guān)系的局限
6.2.4 影響宏觀強度與顆粒問摩擦強度相似關(guān)系的因素
6.2.5 宏觀強度的偽“尺寸效應(yīng)”
6.2.6 宏觀強度的尺寸效應(yīng)
6.2.7 宏觀強度的尺寸效應(yīng)與應(yīng)變率的關(guān)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(cè)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(jié)
符號表
參考文獻
第7章 顆粒物質(zhì)類固-液轉(zhuǎn)變過程的分析
7.1 引言
7.2 離散元模擬
7.2.1 應(yīng)力、接觸時間數(shù)和慣性數(shù)
7.2.2 轉(zhuǎn)變區(qū)的確定
7.3 時空參數(shù)特性
7.3.1 應(yīng)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(zhuǎn)變的本構(gòu)方程
7.5.1 類固態(tài)和類液態(tài)的本構(gòu)方程
7.5.2 類固-液轉(zhuǎn)變的本構(gòu)方程
7.6 小結(jié)
符號表
參考文獻
第8章 點載荷響應(yīng)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(shè)置
8.1.2 點載荷在體系中的傳遞
8.1.3 應(yīng)力分布
8.2 單軸壓縮下的力鏈結(jié)構(gòu)
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(cè)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(yīng)變局部化的細(xì)觀分析
8.3.3 顆粒的旋轉(zhuǎn)分析
8.3.4 力鏈結(jié)構(gòu)的3種類型
8.3.5 能量的演化
8.4 小結(jié)
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(shè)置
A.3 力的分布
A.4 力鏈網(wǎng)絡(luò)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(xué)置信度大規(guī)模計算
附錄D 顆粒物質(zhì)的細(xì)觀力學(xué)
參考文獻