Szemcsehalmazok mechanikai modellezése

1. Szemcsehalmazok mechanikai modellezése Keppler István Ph.D. egyetemi docens, tanszékvezető BME Matematikai Modellakotás Szeminárium 2013. X. 15.

2. Szemcsehalmazok mechanikája kutatócsoport (2012-13) 5 cikk, (3IF=4,1) 5 nemzetközi konferencia TDK 1. helyezés OTDK 1. és 4. helyezés Pro Scientia aranyérem • 1 egyetemi tanár • 2 egyetemi docens • 3 Ph.D. hallgató • 4 demonstrátor hallgató Szoros együttműködés a Mezőgazdasági Gépkísérleti Intézettel (MGI).

3. Hol találkozunk szemcsés anyagokkal? • Majdnem mindenhol • Mezőgazdaság • Élelmiszeripar • Vegyipar • Gyógyszeripar • Építőipar

4. Mechanikai viselkedés

5. Tönkremenetel

6. Problémák mérnöki szemmel • Ipari folyamatokat kell tervezni • Szemcsehalmaz „terhelhetősége” • Teherviselő képessége • Ellenállása • Szemcsehalmaz mozgása (áramlása) • Kifolyási sebessége • Mozgása akadályok környezetében • Keveredése • Kölcsönhatások • Szemcsék egymással • Áramló közeggel (gázzal, folyadékkal) • „Megmunkáló” szerszámokkal, tárolóberendezésekkel

7. Modellezési lehetőségek • Klasszikus • Analitikus • Kontinuum modell • Képlékenységtan • Numerikus • Áramlástani modellek • SPH modellezés • Diszkrét elemek módszere

8. Klasszikus analitikus összefüggések

9. Kontinuum modell

10. Áramlástani modell • „Mozgásegyenletek” • Folytonossági egyenlet: • Navier-Stokes egyenlet: • „Tönkremenetel” pl. Bingham modell • Időben állandósult állapot. • Nagy memóriaigény. • Pl. agyagos, sáros talaj.

11. Diszkrét elemes modell A.O. Raji,J.F. Favier, Journal of Food Engineering 64 (2004) 359–371

12. Diszkrét elemes modell • Normálerő • Tangenciális erő • Gördülési ellenállás P.A. Cundall, O.D.L. Strack, A discrete numerical model for granular assemblies. Geotechnique, 29:47–65, 1979.

13. Diszkrét elemes modell • „Kötőanyag” • Kapcsolati erők • Nyomatékok • Terhelhetőség • „Túl nagy” terhelésnél a kötés felszakad D.O. Potyondy, P.A. Cundall: A bonded-particle model for rock, Int. J. of Rock Mechanics and Mining Sciences Volume 41, Issue 8 2004, Pages 1329–1364

14. DEM Kalibráció • Ütközési tényező • Súrlódási tényező • Gördülési ellenállási tényező • Méret eloszlás • Kötés normálmerevsége • Kötés tangenciális merevsége • Kritikus normálfeszültség • Kritikus nyírófeszültség • Kötési sugár Szemcse rugalmassági modulusa Szemcse Poisson tényezője Szemcse sűrűsége Szemcse alak

15. Kalibrálás • Súrlódási félkúpszög • Kohézió „mérés” Kifolyás Triaxiális vizsgálat

16. Kalibrálás Roskadás vizsgálat Nyíróvizsgálat Valódi triaxiális teszt

17. Nyíróvizsgálat

18. Nyírási tönkremenetel

19. Nyíróvizsgálat

20. Discretethermalelementmodel

21. Egy szemcse, analitikus megoldás

22. Szemcsehalmaz

23. Eredő fluxus

24. Példa

25. SPH módszer

26. Mozgásegyenlet származtatása

27. Alkalmazási példák • Talajművelés • Rostálás • Siló kifolyás • Talaj-kerék • Kavicságyas reaktor

28. Talajművelés problémája Vonóerőigény • Költség • Környezetszennyezés • Szerszámtervezés • Sokféle feladat • Sokféle szerszám

29. Vonóerőigény meghatározása • Kísérleti úton • Talajvályú • Szántóföldi mérés • Analitikus módszerrel • Talajmozgatási egyenlet (Earthmoving equation) • Numerikus szimulációkkal • Áramlástani modell • Diszkrét elemek módszere • SPH eljárás

30. Kísérleti vizsgálat MGI

31. Rugalmas rögzítés

32. Rugalmas felfüggesztés hatása

33. Analitikus módszer • Talajmozgatási egyenlet • Szerszám geometria • Szerszám sebesség • Talaj • Esetenként 150% hiba

34. Áramlástani modell

35. Áramlástani modell

36. Áramlástani modell • Nyomáseloszlás

37. SPH modell

38. Diszkrét elemes modell • Talajszemcsék kölcsönhatásának leírása • Ütköznek • Összetapadnak • Szétválnak • Forognak

39. Vonóerőigény DEM szimuláció

40. Vonóerőigény mért-számított

41. Szerszám rezgés hatása

42. Rostálás

43. Silók

44. Klasszikus silómodell

45. Silómodell

46. Silóürítés folyamata

47. Silóürítés DEM modellje

48. Szárító

49. Szárító

50. Szárító