基于细观力学信息的颗粒材料破坏过程宏观本构模型与表征

基于颗粒材料细观分析和离散颗粒集合体-Cosserat连续体两尺度模型的均匀化方法和计算均匀化过程，建立颗粒材料细-宏观率型本构模型及其参数之间的联系。.分析和识别当发生宏观弹塑性和/或损伤破坏时细观微结构演变的机制和特征：接触力链崩断和接触网络演变、颗粒间不可逆相对位移、颗粒间接触的重置、颗粒破碎。揭示颗粒材料连续体模型中由材料塑性、损伤等因素引起的以应变局部化为特征的宏观渐进破坏表象的细观微结构演变及能量逸散机理。基于离散颗粒集合体微结构破坏特征演变信息和平均场理论，研究材料细观破坏与宏观表象之间的对应关系，定义和表征等价连续体中塑性和/或损伤局部破坏的宏观材料参数和状态变量。基于热动力学理论框架、均匀化方法和细、宏观材料破坏条件之间的一致性，为颗粒材料破坏分析建立联系细观尺度信息与宏观连续体变量的热动力学一致性过程，建立基于细观力学过程和信息的包含参数表征和识别的宏观破坏本构模型。

基于颗粒材料的离散颗粒集合体-Cosserat连续体两尺度模型的均匀化方法和计算均匀化过程，提出了能描述颗粒材料微结构及其演变的Voronoi cell介观模型。利用Voronoi cell模型建立了基于介观微结构信息的颗粒材料Cosserat连续体各向异性本构模型。导出了以离散颗粒集合体微结构参数表示的Cosserat连续体本构参数的表达式。定义了以颗粒材料局部介观结构及其演变信息表示的描写各向异性Cosserat连续体宏观材料破坏的内状态变量：塑性功耗散与各向异性损伤因子张量，而无需指定宏观唯象塑性与损伤破坏准则及其演化律。建立了颗粒材料Cosserat连续体的宏观塑性与各向异性损伤-愈合表征。导出的塑性功与各向异性损伤因子张量表达式与数值结果揭示了宏观塑性与损伤-愈合现象的介观机理: 颗粒间相对“塑性滑移”、接触丧失与再生、接触取向的重分布和相伴随的体积膨胀。提出了基于细观离散颗粒体系的宏观Cosserat连续体热动力学理论陈述。给出了损伤-愈合过程的热动力学理论解释。.发展了计及尺寸效应和非均匀微结构及其演变特征的颗粒材料二阶计算均匀化方法。在宏细观尺度分别采用梯度Cosserat连续体模型与离散颗粒集合体表征元.及其等价经典Cosserat连续体模型。提出了梯度Cosserat连续体的Hill定理。发展了梯度Cosserat连续体混合元及基于DEM-FEM的全局-局部嵌套算法。混合.元的发展基于胡- Washizu变分原理。利用所发展二阶计算均匀化过程的颗粒材料结构边值问题多尺度模拟的数值结果进一步揭示了颗粒材料宏观塑性和损伤-.愈合的介观机理和尺度效应。进一步研究了与损伤、塑性相耦合的颗粒破碎过程及其效应。