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颗粒破碎会影响颗粒材料的诸多重要力学特性,包括其屈服、变形、剪胀、破坏及堆积等。单个颗粒在单轴压缩情况下的破碎条件及破碎形态已有大量试验及数值模拟研究。工程环境中的沙颗粒很少是在单轴压缩情况下破坏破碎的,而常常是经历多轴受力,其与周围颗粒接触常常多于三个。研究颗粒在多轴多点接触情况下的破碎对于离散元的颗粒破碎模拟也具有重要意义。本文使用Peridynamics数值手段对单个球形颗粒在多点接触受力情况下的破坏进行模拟研究。模拟结果显示,Peridynamics方法能够很好的重塑试验观察到的单个颗粒在单轴受力情况下的破坏形态并能够得到与试验数据一致的极限荷载(图1),基于此我们进一步将其应用于模拟单个颗粒在多点接触受力情况下的破坏,现实中多点接触的试验研究很难实现及控制(图2)。我们并进一步检验现存的多个破坏准则对描述颗粒多点接触受力破坏的适用性,包括八面体剪应力准则(Octahedral shear stress,OSS),最大接触力准则(Maximum contact force,MCF),平均主应力准则(Mean principal stress,MePS),最大主应力准则(Major principal stress,MaPS)以及最大拉应力准则(Maximum tensile stress,MTS)。在众多文献及离散元研究中,以上各种破坏准则均有应用,并没有得到统一一致地评价。不同的准则导致计算结果相差很大。而且,现存离散元破碎研究中对颗粒破碎后形成子颗粒的个数的考虑非常任意,并没有理论依据。我们的研究表明,最大接触力准则(MCF)和我们的多点接触下颗粒破碎的数值结果吻合较好。单个球形颗粒破碎后形成子颗粒的个数和接触数或对位数(coordination number,N)并无直接关系。子颗粒的体积服从正则或者伽玛分布的统计规律。该研究发现对于理解颗粒破碎的微观机制提供了一个全新的视角,对未来离散元方法模拟颗粒破碎提供理论依据。