模拟岩土材料的3D打印

3D打印地质材料

https://doi.org/10.1680/jgeot.15.P.034

这项工作可以追溯到2015年，展示了随后制造替代岩土材料的颗粒形态模拟

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摘要

三维(3D)打印的众多属性之一是能够生产具有独立控制形态和材料特性的颗粒，这些参数不可避免地与自然发生的地质材料交织在一起。本文描述了替代颗粒材料的3D打印，并举例说明了所产生的颗粒，并展示了它们捕捉真实土壤行为的能力。提出了三种模型颗粒的三维生成方法。第一种方法涉及在封闭体(如测地线球体)的表面上叠加具有更高水平随机特征的分形表面。第二种方法涉及使用傅立叶描述子或由二维(2D)横截面生成的分形几何及其插值来产生三维模拟的地质材料颗粒。第三种方法是通过多面体元素(如立方体或八面体)的聚集来生成复杂粒子，这种方法适用于多孔或分支粒子的模拟和制造。对第二种方法产生的颗粒进行了三轴试验，这种方法最容易从天然地质材料中获得输入参数。这些测试的结果表明，打印颗粒的能力，以再现土壤的行为，并证明颗粒形状对材料响应的影响。最后，讨论了通过3D打印制造替代材料的应用，以便在未来的大规模岩土工程实验和其他地质力学研究中用作标准化，可打印的岩土材料。