高精度实验室压力控制是数字模型的最终校准器。 它通过维持恒定的围压和精确控制轴向应变，能够严格执行 Hostun 砂的三轴压缩试验。这些实验数据为调整离散元方法 (DEM) 模型的微观参数提供了必要的基准，确保它们能够准确地反映物理材料。
通过在物理测试中严格控制边界条件，研究人员生成了校准关键 DEM 接触参数所需的“真实”数据。这一过程将数值模型的宏观响应与实验现实相匹配，为复杂的非饱和固结研究奠定了可靠的基础。
实验精度的作用
要创建有用的 Hostun 砂数字孪生，输入必须完美无瑕。高精度设备不仅仅是施加力；它在于创建一个隔离特定力学行为的受控环境。
维持恒定的围压
设备在整个测试过程中必须施加恒定的围压。
这种稳定性至关重要，因为任何压力波动都会改变砂的行为，在用于校准的数据中引入噪声。
控制轴向应变
同时，设备精确控制轴向应变。
这使得研究人员能够控制变形速率，确保产生的应力测量值仅仅是材料对该特定应变响应的函数。
校准关键 DEM 参数
这种高精度测试的主要目标是确定 DEM 模型内部“接触参数”的正确值。没有准确的实验室数据，这些值仅仅是猜测。
调整颗粒弹性模量
设备的测量有助于校准颗粒弹性模量。
该参数定义了单个颗粒的刚度，并决定了它们在接触力下的变形程度。
定义泊松比
数据还用于校准泊松比。
这确保了模型能够准确模拟材料在轴向压缩时横向膨胀的行为。
调整滚动摩擦
对于像砂这样的颗粒材料来说，也许最重要的是，这些测试有助于校准滚动摩擦系数。
该参数模拟了砂粒之间旋转的阻力，这对于复制材料的剪切强度和联锁行为至关重要。
验证模型
校准是一个迭代的比较过程。高精度设备提供了模拟必须达到的目标。
比较应力-应变曲线
研究人员将实验室设备生成的偏应力-轴向应变曲线与模拟产生的曲线进行比较。
如果曲线匹配，则认为模型有效。
恢复宏观响应
成功的最终衡量标准是模型是否“恢复”了 Hostun 砂的宏观力学响应。
为了对更广泛的工程应用有用，模型必须表现得像一个内聚的整体材料，而不仅仅是一堆独立的颗粒。
理解权衡
虽然高精度校准功能强大，但它在很大程度上依赖于初始数据的质量。
不准确的代价
如果压力控制设备允许围压出现任何微小偏差，校准就会出现缺陷。
不准确的物理数据会导致“垃圾进，垃圾出”的情况，在这种情况下，DEM 模型在数学上可能看起来正确，但无法代表 Hostun 砂的物理现实。
应用范围
校准特定于所测试的应力路径。
仅基于三轴压缩数据校准的模型，在应用于涉及截然不同的加载条件的情况下之前，可能需要进一步验证。
为您的目标做出正确的选择
无论您是在进行实验室测试还是运行模拟，您的重点决定了您的校准方法。
- 如果您的主要重点是模型保真度：确保您的压力控制设备提供尽可能高的稳定性，以准确地隔离颗粒弹性模量和滚动摩擦系数。
- 如果您的主要重点是非饱和固结研究：在进行复杂的固结模拟之前，验证您的 DEM 模型是否成功复制了宏观偏应力-轴向应变曲线。
实验室的精确性是模拟可靠性的唯一途径。
总结表：
| 关键参数 | 在 DEM 校准中的作用 | 实验室控制要求 |
|---|---|---|
| 颗粒弹性模量 | 定义单个颗粒的刚度 | 高精度轴向应变测量 |
| 滚动摩擦 | 模拟颗粒旋转和剪切强度 | 恒定围压稳定性 |
| 泊松比 | 决定横向膨胀行为 | 精确的应力-应变曲线生成 |
| 边界条件 | 确保“真实”数据的准确性 | 消除压力波动 |
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参考文献
- Hossein Ansari, Ehsan Nikooee. A Discrete‐Element‐Based Pore‐Scale Hydromechanical Approach to Investigate the Hysteresis Effect on the Unsaturated At‐Rest Earth Pressure Coefficient. DOI: 10.1002/eng2.70180
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
