The 7th National Conference on Computational Mechanics of Granular Materials in conjunction with The 4th International Symposium on Computational Particle Technology (CMGM-2024 & CPT-2024)

本研究通过实验与数值模拟方法探讨了纤维的长径比和柔性对纤维颗粒材料的力学性能和堆积结构的影响，尤其是关注于应力波通过纤维颗粒材料的传播速度与衰减情况。研究结果揭示，不同长径比的纤维颗粒材料展现出了独特的应力波传播模式。随着纤维长径比的提高，应力波从孤立波变化为分散波，伴随着衰减效率的显著提升。这一现象可以通过应力传递力链的特征来解释。纤维长径比增加时，力链结构占据更大的空间，并且与纤维的显著变形相耦合，导致了纤维颗粒材料内应力的重新定向，从而促成了分散应力波的生成。较大长径比的纤维构成力链所需的纤维数量减少，使得应力传播路径中纤维间接触点数量的减少，因此增加了波速。随着纤维柔性的增加，波速初期下降，衰减率初期上升，原因是快速且大范围的纤维变形中积累了大量的势能。然而，当纤维完全柔软时，波速提升，衰减率降低。在完全柔软的纤维堆中，纤维紧密堆积，通过增强的纤维间接触，应力波能够快速传播，且衰减更少。此外，本文还考察了应力波在不同柔性的纤维颗粒混合材料中的传播情况。在分层混合的纤维材料中，由于不同层间应力波的传播速度差异，形成了特殊的传播模式，且由于界面反射，其衰减效率高于纯大柔性纤维系统。对于随机混合的纤维材料，即便仅在小柔性纤维中添加少量大柔性纤维，也因应力波传播的分散性增加而显著提高了衰减效率。我们的研究成果为设计和开发基于纤维颗粒材料的能量吸收超材料和高效保护设备提供了重要的理论支撑和实践指导。

纤维颗粒材料，应力波传播，颗粒长径比，柔性，能量吸收