Модель угла внутреннего трения частиц

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 2036 (2022) Цитировать эту статью

2029 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

В настоящее время усиливается давление со стороны промышленности по оптимизации процессов путем создания своих имитационных моделей и, следовательно, к постепенной цифровизации. Суть репрезентативных имитационных моделей сыпучих материалов заключается в понимании принципов и законов реального поведения частиц. Поэтому цель этого исследования — найти и количественно оценить возможности и принципы того, как частицы могут изменять свое положение относительно других частиц. Возможности смещения частиц выражались с использованием их конкретных траекторий и рабочих отношений или значений угла внутреннего трения. Это создало новую комплексную модель угла внутреннего трения частиц, независимую от размера частиц. Это позволяет интерпретировать определяемые значения углов внутреннего трения частиц и применять их в области моделирования массовых и технологических моделей. Модель может быть использована для определения основного состава частиц в объеме и доминирующих способов их взаимного перемещения.

В области механики твердых частиц может показаться, что общий вопрос о смещении частиц решается на основе предположения о квазилинейном движении, основанном на бесконечно малых или, по крайней мере, достаточно малых частицах по сравнению с пространством, в котором они движутся. Примером может служить зависимость напряжения сдвига от отношения диаметра ячейки сдвига D к размеру частиц1.

Испытания на сдвиг для определения параметров трения и потока являются очень подходящими методами для описания свойств сыпучих материалов2,3,4,5. Производители машин для резки используют различные конструкции ячеек сдвига и, в зависимости от размера, также рекомендуют разные соотношения максимального размера частиц к характерному размеру этих ячеек6,7.

В испытании Дженике на прямой сдвиг плоскость сдвига не является идеально горизонтальной1,6. Фактическое направление сдвига отклоняется под углом от воображаемой горизонтальной плоскости сдвига. Это скорее зона сдвига, чем плоскость. Размер частиц и нормальная нагрузка оказывают существенное влияние на свойства зоны сдвига. Многочисленные эксперименты были проведены по тесту Дженике на сдвиг, где форма зоны сдвига была продемонстрирована, например, с помощью рентгеновского сканирования8.

Текущее состояние исследований частиц позволяет более детально изучать поведение частиц с использованием моделирования дискретных элементов (DEM). Многие работы были сосредоточены на эффективном определении оптимальной формы частиц для процессов моделирования9,10. Эти технологические методы проверяются в соответствии с объемным поведением материалов. Существует прямая корреляция с влиянием свойств формы частиц на объемное и прочностное поведение вместе с изменением угла внутреннего трения11. Чтобы оценить сложные свойства материала на основе внутреннего трения, можно учитывать влияние формы частиц на внутреннее трение.

Испытания на сдвиг были предметом многочисленных исследований, посвященных DEM12. Разнообразие распределения силы, направлений и скоростей частиц, а также влияние размера частиц на зону сдвига, ее форму и размер также были продемонстрированы с помощью моделирования DEM13,14. Результаты экспериментов и моделирования показывают, что зона сдвига не является горизонтальной плоскостью и ее форма явно связана со смещениями частиц.

Идеальная плоскость сдвига может быть создана за счет точного сдвига (поперечного сечения) частиц в сдвиговой ячейке или за счет сдвига бесконечно малых частиц.

Дилатансия в гранулированных материалах – еще одно важное понятие15. Дилатация здесь означает изменение объема, вызванное квазистатической сдвиговой деформацией. Рейнольдс заявил, что угол трения, использованный Рэнкином, является макроскопической величиной, «связанной с расположением частиц»16. Доказано, что трение между частицами имеет гораздо меньшее значение при определении прочности сыпучих материалов в макроразмерах, чем их «расположение»16,17,18.