颗粒材料广泛存在于自然界和工程界，因具有非连续、离散性等特征，需要采用离散元(Discrete Element Method, DEM)、连续离散耦合分析（Combined Finite-Discrete Element Method, FDEM）等非连续分析方法进行数值模拟。尽管这些非连续方法能够模拟颗粒材料的离散属性，但当颗粒数量较大时，数值模拟时面临着较大的计算压力。
当前进行颗粒材料数值模拟计算加速的手段包括两类：其一是基于GPU并行的硬件加速；其二是对计算方法的改进加速。本研究关注于第二种策略，通过将精确缩尺准则和粗粒化方法引入到FDEM方法中，旨在为加速基于FDEM的颗粒材料数值模拟提供一种解决方案。
在本研究中，基于精确缩尺和粗粒化等理论，推导了FDEM中应遵循的精确缩尺准则，并在此基础上分别进行了等粒径颗粒体系及二元颗粒体系的三轴剪切数值试验，基于试验结果进行了宏细观力学分析。
宏观应力变形结果表明，粗粒化在提升计算效率的同时会引起颗粒系统的宏观力学响应发生明显的改变，且变化程度随着粗粒化缩尺比例增大而不断增大，尤其是当缩放比尺较大时，会引起数值模拟结果失真，因而在颗粒系统中采用粗粒化方法进行计算时，必须要对模型参数进行必要修正以逼近原始颗粒系统的宏观力学特性。引入精确缩尺准则后，粗粒化系统与原始颗粒系统的偏差得到补正，能够近似还原原始颗粒系统的宏观力学响应。
细观接触力分析结果表明，粗粒化系统与原始颗粒系统具有相似的接触力分布特征，且接触力水平近似服从精确缩尺理论的缩尺关系，与引入精确准则无关。在引入精确缩尺准则的情况下，相近的接触力水平下将引起更大的颗粒嵌入，增强粗粒化系统的剪缩性，减弱粗粒化系统的剪胀性，使粗粒化系统更符合原始颗粒系统的宏观力学特性。
引入精确缩尺和粗粒化方法后，使用FDEM方法进行颗粒材料数值模拟的效率明显提升，本文提出的方法能够为颗粒材料的FDEM数值模拟方法提供一种加速方式。但试验结果也表明，在较大的缩放比尺下，粗粒化系统的宏观力学特性与原始颗粒系统相差较大，且计算效率的提升幅度较小，因而本文所提方法仅宜采用较低缩放比尺。
