[发明专利]改进位移软化模型的方法及参数确定方法

权利要求书

1.改进位移软化模型的方法，所述位移软化模型包括线弹性压缩阶段、线弹性拉伸阶段、线塑性软化阶段以及断裂阶段；

线弹性压缩阶段：当两个单元的距离为负，即相互挤压时，它们之间的压力随着距离减小而线性增大；

线弹性拉伸阶段：当两个单元的距离为正，即相互拉伸时，它们之间的拉力随着距离的增加而线性增大，线弹性压缩与拉伸阶段的斜率相同，该斜率可以表征单元之间的接触刚度；

线塑性软化阶段：当两个单元的距离达到最大伸长率时，界面力同时到达峰值；随着两个单元距离的继续增加，接触力开始线性减小，进入线塑性软化阶段；

断裂阶段：当两个单元之间距离到达完全失去接触力的时候，两个单元之间粘结失效；

其特征在于：所述断裂阶段为：当所述两个单元之间的接触力降低到界面破坏力的15-25％时，即判定为粘结失效状态。

2.根据权利要求1所述的改进位移软化模型的方法，其特征在于：所述断裂阶段，两个单元之间粘结失效的判断依据进行了调整，减少了断裂点对应的塑性位移，缩短了线塑性软化阶段。

3.参数确定方法，适用于权利要求1所述的位移软化模型，其特征在于：所述参数确定方法为：推导宏观参数和细观力学参数转换关系的方法；具体步骤如下：

步骤一、位移软化模型作为PFC3D程序用户自定义接触模型，通过C++源代码“softening.cpp”和“softening.h”直接导入PFC3D程序中执行，位移软化模型名称为“udm_softening”；

步骤二、为了建立离散单元模型的细观力学参数与混合料宏观性能参数的关系，在PFC3D模型中将颗粒之间的接触假设成等效的小梁接触，根据颗粒接触与小梁接触之间的等效静力平衡，推导出宏观与细观力学参数之间的转换关系；

步骤三、通过宏观参数和PFC3D模型中单元的尺寸可以确定细观的参数，由于单元球体是按照矩形规则排列，其最小基本单元可以看作一个长、宽、高分别为L、W、H的小梁，在建立的PFC3D模型中，混合料宏观性能参数与离散单元细观力学参数的关系推导如下：

L＝W＝H＝2R＝R_A+R_B (5-9)

A＝L² (5-10)

ΔL＝εL (5-11)

S＝σA＝σL² (5-13)

集料的宏观参数是模量E，单位是N/m²和断裂强度σ，单位是N/m²，砂浆的宏观参数是模量E，单位是N/m²、断裂强度σ，单位是N/m²以及破坏应变ε，单位是m/m；

集料的细观参数是刚度K，单位是N/m和强度S，单位是N，砂浆的细观参数是刚度K，单位是N/m、强度S，单位是N以及最大伸长率ΔL，单位是m。

4.根据权利要求3所述的参数确定方法，其特征在于：在PFC3D软件位移软化模型执行程序“udm_softening”中，离散单元细观力学参数相对复杂，将以上的细观力学参数均分解为法向与切向分量，包括法向刚度Kn、切向刚度Ks、法向强度Fn、切向强度Fs，均满足步骤三的推导关系。

5.根据权利要求3所述的参数确定方法，其特征在于：所述步骤一中，“udm_softening”程序中涉及到的单元接触细观参数与指令如下：粘结失效条件sof_broken、摩擦系数sof_fric、切向强度sof_fsmax、法向强度sof_ftmax、法向压缩刚度sof_knc、法向拉伸刚度sof_knt、切向刚度sof_ks、剩余摩擦系数sof_rfric、失效点塑性位移sof_uplim。