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第一部分 随机不规则颗粒的生成技术

1. 生成随机不规则多面体

基于蒙特卡洛算法，在椭球（或球体）的表面随机选取控制顶点，根据选取的控制顶点建立面，最后生成随机不规则多面体。

2. 随机不规则多面体内颗粒填充

在随机多面体内部填充一定尺寸的颗粒，其中粗颗粒位于中心，细颗粒位于边缘。填充完毕后，随机多面体内部颗粒的总体积与该随机多面体相等。

3. 构建随机不规则颗粒

若模拟不可破碎颗粒，则直接将随机多面体内部颗粒信息建立clump，若模拟可破碎颗粒，则将随机多面体内部的颗粒进行粘结构建cluster.注：由于颗粒总体积与随机不规则多面体总体积相等，而圆形颗粒间存在空隙，这就意味着颗粒间必定存在一定程度的重叠，因此需引进接触力清零方法，并将力-位移方程由总量改为增量。

(二维模型)

(三维模型)

图1 随机不规则颗粒示意图

注：三维随机多面体内部同样由颗粒填充，填充效果与二维模型类似。实际模拟过程中，填充颗粒的尺寸可以自由调整。

第二部分 数值模型宏观力学性质的测试

1. 数值模型的制样过程

根据第一部分介绍的技术，按照级配在模型区域（立方体或圆柱形）投放颗粒，达到指定的孔隙率，然后添加重力或在模型顶部施加一定的压力，使得模型中的随机不规则颗粒充分接触，达到密实的状态。

2. 数值模型的拉伸压缩试验

基于制备的数值模型，进行相应的拉伸试验(随机不规则颗粒间需具有一定粘结强度)或压缩试验，常采用应变控制式加载，即顶部墙体通过一定的速度压缩数值模型；围压通过伺服机制由侧墙提供。

第三部分 随机不规则颗粒在粘性流体中的沉降

按级配在模型区域生成随机不规则颗粒，并使其在重力作用下自由下落，下落过程中，考虑到流体对颗粒的阻碍作用，在颗粒上附加流体阻力，按照流体力学的相关理论，通常家里流体阻力与流体和颗粒间的相对速度有关。这里考虑颗粒与流体间的假耦合，即颗粒运动过程中不带动流体随之运动，由此可以得出流体阻力只与颗粒运动速度有关，满足下列形式:f=-kv。