基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的顆粒材料本構(gòu)關(guān)系及邊值問題研究

張廣江, 楊德澤, 楚錫華

(武漢大學(xué) 工程力學(xué)系, 武漢 430072)

0 引 言

顆粒材料通常是指大量相互接觸的離散顆粒與周圍流體介質(zhì)一起組成的復(fù)雜體系,廣泛存在于日常生產(chǎn)生活的許多領(lǐng)域．以沙石、泥土等典型的顆粒材料為例,其被大量地運(yùn)用于巖土工程、道路工程、地質(zhì)工程等工程實(shí)踐中,還與山體滑坡、土地沙漠化、泥石流等許多地質(zhì)災(zāi)害密切相關(guān)．為了保證工程的安全性、預(yù)測并防止相關(guān)地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,需要提高對(duì)顆粒材料的認(rèn)識(shí),理解并預(yù)測其在不同外荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)．

目前,研究顆粒材料物理力學(xué)性質(zhì)的主要數(shù)值方法有基于離散途徑的離散單元法和基于連續(xù)體途徑的有限單元法．離散單元法[1-2]基于Newton運(yùn)動(dòng)定律和力-位移運(yùn)動(dòng)定律,通過搜索并計(jì)算顆粒之間的相互作用,確定所有顆粒的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．它能夠有效地反映顆粒的排列方式、形狀、粒度等細(xì)觀結(jié)構(gòu)信息對(duì)顆粒材料力學(xué)性質(zhì)的影響,在計(jì)算過程中更加真實(shí)地體現(xiàn)顆粒材料的本質(zhì),但是由于顆粒數(shù)量眾多,需要消耗大量的計(jì)算資源和時(shí)間．有限單元法則是從宏觀上將顆粒材料視作一種連續(xù)體,采用連續(xù)介質(zhì)理論對(duì)其進(jìn)行分析研究,與離散單元法相比計(jì)算效率較高,但分析的結(jié)果十分依賴于顆粒材料本構(gòu)模型的準(zhǔn)確性．由于顆粒數(shù)量眾多、形狀各異[3]且內(nèi)部的細(xì)觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜,顆粒材料呈現(xiàn)出非連續(xù)性、非均勻性、各向異性[4-5],使其具有了一些十分獨(dú)特且……