球谐函数是一种构建在球坐标系下的非规则颗粒模型，可通过改变形状参数N和A_nm生成不同长宽比与表面凹凸程度的真实颗粒形态。本文采用水平集方法将球谐函数颗粒离散为一组零水平集函数与空间水平集函数，简化了颗粒单元间多个接触点的计算复杂性，进而实现了对冲击载荷作用下凹形颗粒复杂力学特性的离散元数值模拟。研究表明：颗粒床的厚度和颗粒表面的凹凸程度对于降低床底冲击力的峰值起到了显著作用，而这些冲击力的峰值又会随着冲击速度的提高和颗粒球面度的增加而升高。与球形颗粒相比，凹形颗粒间的咬合互锁更有利于将冲击载荷向四周扩展，从而降低了圆筒底部所受的冲击荷载并获得更好的缓冲效果。数值研究结果将为凹形颗粒材料在缓冲防护等工业应用中的科学应用提供了理论依据。
 

颗粒材料，离散元方法，水平集方法，球谐函数，缓冲特性