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填充是颗粒在自然界中常见的一种存在形式,其与人类日常生产生活息息相关。对颗粒系统填充性质的研究作为一项应用广泛的数学和物理基础研究,一直受到各领域科研人员的关注。本文通过数值模拟和填充实验两种手段,针对几组颗粒进行了对比研究,旨在发掘颗粒几何的对称性质对其填充性质的影响与作用。 本文对半球与球、圆锥与陀螺、半球柱与球柱三组颗粒的随机填充性质进行了研究,获得了各自的填充率或填充率曲线。考虑每组颗粒中后者均可视为由两前者颗粒按镜面对称通过面面接触组合而成,我们通过对比获得的填充率宏观性质,认为对曲面颗粒,平面和平面的接触结合一般可以显著提高填充效率,结合后颗粒的随机填充比结合前更密。 本文对蛋形和旋转椭球颗粒的随机填充进行了较系统的研究,统计获得了二者的宏观和微观填充性质。蛋形颗粒由旋转椭球颗粒经过偏心改变表面形状,破坏了旋转椭球的中心对称性。研究显示,二者的形状参数和宏观填充性质表现出了很高的相似性。通过对径向分布函数和接触方式的进一步统计和分析,结果表明在接近球体的小长径比时,二者的填充结构相似,差异仅体现在局部的接触方式上;而在大长径比时,偏心蛋形颗粒的填充结构则完全逼近于旋转椭球颗粒。这组颗粒的结果也可作为轴与表面效应独立影响非球体填充率的观点的一个证据。 本文研究并实现了Adaptive-shrinking Cell(ASC)填充算法。目前来看,ASC算法可以完成松弛算法难以完成的填充任务,例如获得颗粒的规则填充结构,但也会受到颗粒建模和填充效率的一些限制。最后,我们利用ASC算法验证了二维半圆的规则填充结构。