椭圆形颗粒摩擦碰撞模型对比及实验验证

摘要

多体系统与颗粒介质的摩擦碰撞问题是未来星表探测面临的难点问题，研究非球形颗粒的碰撞行为及状态演化规律具有切实的应用前景，选取合理的接触力模型是提高预测结果准确性的关键.为此，以椭圆形非球形颗粒为研究对象，分别采用迟滞阻尼模型和黏性阻尼模型建立椭圆颗粒与斜面碰撞的动力学模型，通过数值仿真研究了椭圆颗粒在不同接触力模型下的动力学行为.随后，采用亚克力板制备实验样机，对比了不同接触力模型计算结果与实验结果的差异.研究结果表明：不同的接触力模型与实验结果呈现较大差异.由于亚克力板碰撞恢复系数较低，采用Lankarani-Nikravesh模型等高恢复系数模型时，阻尼效应弱、能量耗散少，导致实际恢复系数与预设恢复系数差异明显.如果阻尼项分母中包含恢复系数，则在较宽范围内取值时都能与预设恢复系数相吻合.采用黏性阻尼模型所得结果均与实验结果较为吻合，但容易计算出负接触力.

关键词

非球形颗粒 / 摩擦碰撞 / 接触力模型 / 恢复系数