Simulations of the Behavior of Granular Bodies Using the Discrete Element Approach

Jan Kozicki; Andrzej Tejchman-Konarzewski

doi:10.1016/b978-0-323-90646-3.00004-6

Simulations of the Behavior of Granular Bodies Using the Discrete Element Approach

Abstrakt

Zachowanie niespójnych ciał ziarnistych opisano metodą elementów dyskretnych (DEM) w warunkach quasi-statycznych dwu- i trójwymiarowych. Do symulacji nieregularnego kształtu granulatu wykorzystano kule z momentami kontaktowymi lub skupiska sztywnych kul. Początkowo badano dwa różne problemy dla zagęszczonego materiału ziarnistego: pasywne przemieszczanie ściany oporowej i ściskanie w płaskim stanie odkształceń pod stałym ciśnieniem bocznym. Skupiono się na lokalizacji ścinania, która jest podstawowym zjawiskiem w ciałach ziarnistych. Lokalizację ścinania zidentyfikowano w DEM na podstawie rotacji ziaren i rosnącego współczynnika pustych przestrzeni. Aby uzyskać lepszy wgląd w początek powstawania lokalizacji ścinania, wyznaczono struktury wirowe za pomocą rozkładu Helmholtza-Hodge'a (HHD) pola wektorowego przemieszczeń uzyskanego za pomocą DEM. Rozkład pola wektorowego przemieszczeń pozwolił na wydzielenie trzech jednoznacznie zdefiniowanych części składowych: wolnej od wirów (związanej ze zmianą objętości), wolnej od dywergencji (związanej z wirami i czystym ścinaniem) i harmonicznej (związanej z czystą translacją). Stwierdzono bezpośrednią korelację pomiędzy lokalizacjami ścinania a strukturami wirowymi. Wiry lokalizowały się wcześniej w miejscach, w których ostatecznie rozwinęły się strefy ścinania.