随着颗粒物污染问题的日益严重,颗粒的沉积现象得到了广泛关注。当颗粒尺寸降低到微尺度量级时,颗粒与表面的接触与宏观尺寸间的接触有明显差异,接触表面间的范德华力和表面粗糙度在接触过程中起主导作用。本文采用有限元模拟的方法,对较低入射速度下微尺度颗粒与光滑/粗糙平板碰撞过程的动力学特性进行详细研究。首先,介绍了以Hertz接触模型、JKR接触模型、DMT接触模型为代表的静态接触模型,并对静态接触模型和牛顿运动定律结合得到的动态接触模型进行了分析。然后对颗粒间受力情况进行分析,得到微尺度颗粒接触过程中,范德华力在所有接触力中占主导地位的结论,并对颗粒与平板间的范德华力进行了分析讨论。其次,使用有限元软件ABAQUS研究了弹性变形阶段颗粒与光滑平板的碰撞过程。将颗粒与光滑表面间的范德华力用非线性弹簧单元等效替代,从而在接触过程中考虑了范德华力的作用。研究了颗粒与表面碰撞过程中颗粒的动能、应变能、恢复系数、接触位移和接触时间随颗粒粒径和入射速度等参数的变化规律。结果表明:颗粒的恢复系数随入射速度的减小而降低,颗粒与光滑平板的接触时间随入射速度的增加而减小;当颗粒的入射速度为0.5~3.0m/s时,恢复系数和接触时间随入射速度的改变较快,入射速度大于3.0m/s时,入射速度对恢复系数和接触时间的影响较小;随入射速度的增加,颗粒与平板的接触位移增大。颗粒粒径从2μm增加到10μm时,恢复系数、接触时间和接触位移都呈现出增加的趋势,但是对于2μm和4μm颗粒而言,其变化趋势不明显。随着颗粒弹性模量从120Gpa降低到75Gpa,恢复系数减小,其与平板的接触时间增加。最后,对范德华力作用下二氧化硅颗粒与粗糙平板的碰撞过程进行了模拟研究,介绍了分形理论并采用其中的W-M函数构建了粗糙度为19.23、33.66和44.98 nm的表面,详细研究了表面粗糙度、入射速度、颗粒粒径及颗粒的弹性模量对碰撞特性的影响。结果表明:颗粒粒径和入射速度一样的条件下,表面粗糙度为19.23nm时,颗粒的恢复系数取得最大值,此时入射时间和接触时间最短,随着表面粗糙度的增加到44.98nm,颗粒的恢复系数减小到三种粗糙度下的最小值,此时入射时间和接触时间达到最大。入射速度为0.5和1.0m/s时,表面粗糙度几乎对入射时间无影响。随着入射速度的增加,表面粗糙度的影响减弱。同样表面粗糙度下,入射速度和颗粒粒径对碰撞过程的影响与颗粒碰撞光滑平板类似,颗粒弹性模量的增加虽然对颗粒反弹动能的影响很小但是可以显著降低接触时间。