图书介绍

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颗粒物质物理与力学
  • 孙其诚,厚美瑛,金峰等著 著
  • 出版社: 北京:科学出版社
  • ISBN:9787030316721
  • 出版时间:2011
  • 标注页数:302页
  • 文件大小:42MB
  • 文件页数:313页
  • 主题词:颗粒物质-物理学;颗粒物质-力学

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图书目录

第1章 颗粒固体的流体动力学1

1.1 守恒方程和熵增加方程2

1.2 牛顿流体的热力学关系和材料模型6

1.2.1 流体的平衡态热力学7

1.2.2 平衡条件与熵制造:Onsager非平衡态热力学9

1.2.3 熵流、应力和能量流的流体动力学推导12

1.2.4 自由能和迁移系数模型:材料的流体动力学建模和计算13

1.3 弹性固体的热力学关系和材料模型15

1.3.1 应变的几何方程:弹性和塑性应变16

1.3.2 热力学恒等式18

1.3.3 固体的Onsager关系:暂态弹性材料的弛豫型耗散19

1.3.4 守恒流、熵流和塑性流的流体动力学推导21

1.3.5 应变和应力不变量:主轴坐标系21

1.3.6 内秉各向同性材料的弹性势能和迁移系数23

1.4 颗粒物质热力学26

1.4.1 颗粒熵和颗粒温度的“热力学”及其弛豫27

1.4.2 颗粒物质广义热力学29

1.5 颗粒物质的自由能和迁移系数模型33

1.5.1 能量或热力学势函数33

1.5.2 迁移系数模型38

1.5.3 完整的GSH方程组39

1.6 热力学稳定性与弹性消失:颗粒固体的应力屈服面41

1.7 GSH的基本特性及其与实验数据的对比44

1.7.1 库仑角44

1.7.2 三轴测试的库仑屈服角46

1.7.3 固结曲线47

1.7.4 状态边界面48

1.7.5 静态颗粒固体的非线性弹性特性49

1.7.6 弹性应力-应变响应系数:与Kowano-Jardine实验的对比54

1.7.7 粮仓的静应力分布:Janssen模型和Jaky公式58

1.7.8 楔形颗粒堆的静应力分布:密度非均匀对堆底压力影响63

1.7.9 局域加载力在颗粒物质中的力分布:Boussinesq问题67

1.7.10 含塑性的应力-应变响应包络环和塑性流动法则:亚塑本构公式70

1.7.11 三轴动力学的GSH方程组:棘齿效应75

1.7.12 三轴动力学:等体积轴向循环变形下的应力松弛77

1.7.13 三轴动力学:定压和循环剪切力作用下的8-字形响应曲线77

1.8 讨论78

参考文献79

第2章 颗粒物质统计力学83

2.1 体积系综83

2.1.1 体积系综的基本思想83

2.1.2 一维颗粒体系的体积V(X)86

2.1.3 三维颗粒体系的体积V(X)87

2.1.4 颗粒的混合与分离特性88

2.1.5 Z-φ相图89

2.2 力系综92

2.2.1 P系综93

2.2.2 边界力矩系综94

2.2.3 应力系综94

2.3 能量系综96

2.4 Jamming相图98

2.4.1 无摩擦软球形颗粒Jammed体系的性质99

2.4.2 无摩擦球形颗粒Jammed系统的平均场理论103

2.5 接触力测量技术及分布规律104

2.5.1 测量技术105

2.5.2 力分布规律106

2.5.3 力分布规律的统计解释108

2.6 研究展望111

参考文献112

第3章 颗粒气体动力学114

3.1 与经典分子气体的比较114

3.2 研究方法115

3.2.1 重力和微重力实验115

3.2.2 硬球分子动力学模拟116

3.2.3 流体动力学理论118

3.3 基本统计特性121

3.3.1 均匀自由冷却体系122

3.3.2 受外力驱动的颗粒气体123

3.4 类气液相变124

3.4.1 颗粒团簇124

3.4.2 基本模型125

3.4.3 横向均匀态及负压缩性质126

3.4.4 亚稳分界线和两相共存线127

3.4.5 边缘稳定性分析和临界尺寸128

3.4.6 讨论129

3.5 双仓体系非线性动力学现象131

3.5.1 单分散体系麦克斯韦妖现象131

3.5.2 双分散体系麦克斯韦妖现象132

3.5.3 双分散体系振荡现象134

3.5.4 双分散体系的分岔行为137

3.6 小结139

参考文献140

第4章 颗粒的抗转动接触模型145

4.1 发生接触的颗粒运动145

4.1.1 颗粒间的相对转动147

4.1.2 颗粒的转动率148

4.1.3 颗粒的能量耗散149

4.2 抗转动的颗粒接触模型149

4.3 考虑转动阻力的颗粒运动154

4.3.1 单一接触面的情况155

4.3.2 多接触面的情况157

4.4 刚性边界的双轴试验157

4.4.1 整体力学特性157

4.4.2 局部力学特性160

4.5 小结166

附录A 抗转动接触模型比较168

附录B 接触位移的分解170

符号表170

参考文献171

第5章 细观结构与宏观力学性质的关联172

5.1 引言172

5.2 符号规则175

5.3 细观结构的定量描述175

5.3.1 颗粒的几何特性176

5.3.2 对偶几何系统177

5.4 应力张量的细观定义180

5.5 应变张量的细观定义183

5.6 细观组构对材料力学性能的影响187

5.6.1 配位数188

5.6.2 组构各向异性189

5.6.3 颗粒空间排列191

5.6.4 颗粒形状193

5.6.5 加载引起的细观结构演化195

5.7 小结197

符号表198

参考文献199

第6章 岩土颗粒力学201

6.1 经典土力学蕴含的颗粒力学问题202

6.1.1 有效应力与颗粒间作用力202

6.1.2 岩土弹塑性极限状态与临界状态土力学208

6.1.3 离散元方法和CT技术214

6.2 岩土颗粒力学的强度216

6.2.1 接触力链的定性分析216

6.2.2 宏观强度与颗粒间摩擦强度的相似关系218

6.2.3 Rowe应力剪胀关系的局限221

6.2.4 影响宏观强度与颗粒间摩擦强度相似关系的因素222

6.2.5 宏观强度的伪“尺寸效应”224

6.2.6 宏观强度的尺寸效应226

6.2.7 宏观强度的尺寸效应与应变率的关系230

6.3 理想颗粒材料的物理实验与数值模拟231

6.3.1 光弹颗粒等体积剪切试验232

6.3.2 无侧限双轴压缩试验233

6.3.3 片状颗粒材料的贯入实验234

6.4 小结236

符号表236

参考文献237

第7章 颗粒物质类固-液转变过程的分析242

7.1 引言242

7.2 离散元模拟243

7.2.1 应力、接触时间数和惯性数244

7.2.2 转变区的确定245

7.3 时空参数特性247

7.3.1 应力分布特性247

7.3.2 接触时间数特性248

7.3.3 颗粒群特性249

7.3.4 惯性数特性252

7.4 颗粒体系的能量253

7.4.1 颗粒体系的能量平衡状态253

7.4.2 能量的分布特性255

7.5 类固-液转变的本构方程257

7.5.1 类固态和类液态的本构方程257

7.5.2 类固-液转变的本构方程260

7.6 小结264

符号表265

参考文献266

第8章 点载荷响应及剪切带演变的模拟268

8.1 点载荷作用下的力传递特性分析268

8.1.1 数值模拟设置269

8.1.2 点载荷在体系中的传递270

8.1.3 应力分布271

8.2 单轴压缩下的力链结构273

8.2.1 力链的接触力判据273

8.2.2 力链的角度判据275

8.2.3 侧向压力系数277

8.3 双轴压缩下剪切带的形成与发展279

8.3.1 宏观现象280

8.3.2 应变局部化的细观分析282

8.3.3 颗粒的旋转分析285

8.3.4 力链结构的3种类型286

8.3.5 能量的演化288

8.4 小结290

附录A 光弹静力触探实验291

A.1 光弹图像的平均灰度梯度法,〈G2〉方法291

A.2 实验设置293

A.3 力的分布294

A.4 力链网络形态的描述295

附录B 颗粒体系的能量297

B.1 弹性能297

B.2 动能297

B.3 摩擦耗能298

附录C 高科学置信度大规模计算298

附录D 颗粒物质的细观力学300

参考文献301

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