基于离散元法的雪崩效应的仿真研究冯靖禹韩韧张宇峰辛昱鋆摘要：伴隨着全球气候变暖，雪崩灾害的风险逐渐增加。因此，调查雪崩的发展规律和内在机理十分迫切和必要。而使用实验的方法来研究往往效率低下，并且只能获得宏观数据。为了更深入地了解雪崩效应，提出结合计算机仿真技术和转鼓雪崩实验，通过建立基于离散元法（DEM）的仿真模型来模拟发生雪崩时的颗粒流态。通过运用Hertz-Mindlin接触理论和牛顿第二定律塑造的仿真模型以及在相同配置下的物理实验的对比，证明了离散元法研究雪崩效应的有效性。基于该模型，我们跟踪每个颗粒的运动状态，并研究了自由表面上参与雪崩的颗粒数量的变化。参与雪崩的颗粒数量的增长速度经历了先增加，然后恒定，最后减少的过程。我们还发现不同区域内的颗粒平均速度随时间都呈现先增大后减小的规律。离散元仿真方法为雪崩颗粒流的研究提供了参考。关键词：水平转鼓;雪崩;仿真;离散元法：TP391.9：ADOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.07.055本文著录格式：冯靖禹，韩韧，张宇峰，等.基于离散元法的雪崩效应的仿真研究[J].软件，2020，41（07）：264-268SimulationofAvalancheEffectBasedonDiscreteElementMethodFENGJing-yu，HANRen*，ZHANGYu-feng，XINYu-yun（SchoolofOptical-ElectricalandComputerEngineering，UniversityofShanghaiforScienceandTechnology，Shanghai200093，China）【Abstract】：Withglobalwarming，theriskofavalanchedisastersisincreasing.Therefore，itisurgentandnecessarytoinvestigatethedevelopmentruleandinternalmechanismofavalanches.Studingbyexperimentalmethodsisofteninefficientandcanonlyobtainmacro-data.Inordertolearnmoreabouttheavalancheeffect，acombinationofcomputersimulationtechnologyanddrumavalancheexperimentsisproposed.Theparticleflowpatternduringanavalancheissimulatedbyestablishingasimulationmodelbasedonthediscreteelementmethod（DEM）.BycomparingthesimulationmodelusingHertz-MindlincontacttheoryandNewton'ssecondlawwiththephysicalexperimentsunderthesameconfiguration，thevalidityofstudingavalancheeffectbydiscreteelementmethodisproved.Basedonthismodel，wetrackthemotionofeachparticleandinvestigatethequantitativechangeofparticlesinvolvedinavalanchesonthefreesurface.Thegrowthrateofavalanchingparticlesnumberexperiencesaprocessofincreasing，thenstabilizing，andfinallyreducing.Wealsofindthattheaveragevelocityofparticlesindifferentregionsincreaseatfirstandthendecrease.Thediscreteelementmethodprovidesareferencefortheresearchofavalancheparticleflow.【Keywords】：Horizontalrotatingdrum;Avalanche;Simulation;Discreteelementmethod0引言颗粒物质广泛存在于自然界，并与人类的日常生活以及生产活动密切相关。一般认为，单个颗粒的典型尺度在10–6～10m的范围内，其运动规律服从牛顿运动定律[1]。颗粒系统在受到外力或内部应力状况变化时发生运动，表现出流体的属性，从而形成颗粒流。了解和研究颗粒流不仅对预防自然灾害，例如雪崩、山体滑坡和泥石流[2-3]，而且对提高工业生产效率，包括制粒、研磨、干燥和混合过程[4]都具有重要意义。水平转鼓由于其简单性和可控性，是研究颗粒流动特性的理想工具[5-6]。转鼓在低速旋转的情况下，转鼓中的颗粒流会表现出一系列离散的周期性雪崩[7]。不少学者针对转鼓内雪崩问题做了大量实验研究，甚至借助正电子发射跟踪（PEPT）和磁共振成像（MRI）。虽然这些研究大大提高了我们对颗粒流运动行为的理解，但由于条件有限，此类实验往往是基于宏观观察，研究内容不够全面和深入。因此，在微观层面上缺乏实验数据不但意味着对实验结果的分析往往要凭经验确定，例如每个颗粒的位置和速度等，而且实验效率低，耗费时间长。近年来，由于计算机的高速发展，把计算机仿真技术[8-12]运用在分析颗粒流动行为成为一种可行且高效的研究方法。由于颗粒流的行为取决于粒子间相互作用的结果，单个颗...