ارزیابی اثر میرایی محلی در مدل‌سازی سه بعدی رفتار استاتیکی و دینامیکی مصالح دانه‌یی با استفاده از روش اجزاء منفصل

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

دانشکده ی مهندسی عمران، آب و محیط زیست، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

برای برقراری تعادل در بیشتر شبیه‌سازی‌های انجام شده به روش اجزاء منفصل از یک میرایی محلی غیرلزجی استفاده شده است. در پژوهش حاضر، برای ارزیابی اثر میرایی محلی غیرلزجی در رفتار ماسه‌های گردگوشه و تیزگوشه تحت آزمایش سه‌محوری از مقادیر مختلف ضریب میرایی (a‌l‌p‌h‌a) در شبیه‌سازی‌های سه‌بُعدی
استفاده شده است. سپس، آزمایش‌های سه‌محوری استاتیکی و دینامیکی در شرایط تحکیم‌یافته‌ی زهکشی شده در آزمایشگاه روی نمونه‌های ماسه‌یی حاوی ذرات گردگوشه و تیزگوشه در تراکم نسبی ۸۰\٪ جهت کالیبره کردن مدل‌سازی‌ها انجام گرفت. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که اثر میرایی محلی غیرلزجی در رفتار شبه‌استاتیکی مصالح قابل توجه نبوده و در شرایط یکسان، انرژی ذخیره‌شده در نمونه‌ها با ضرایب میرایی مختلف تقریباً برابر بوده است. در آزمایش‌های دینامیکی
شبیه‌سازی شده، با افزایش ضرایب میرایی، نسبت میرایی نمونه‌ها، افزایش و مدول برشی آن‌ها، کاهش یافته است. همچنین، بیشینه‌ی سرعت دورانی و سرعت انتقالی ذرات در نمونه‌ها با افزایش ضریب میرایی کاهش پیدا کرده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of local damping effect on static and dynamic behaviors of granular materials using DEM modeling

نویسندگان [English]

  • N. Mahbubi Motlagh
  • A. Mahboubi
  • A. Noorzad
F‌a‌c‌u‌l‌t‌y o‌f C‌i‌v‌i‌l W‌a‌t‌e‌r a‌n‌d E‌n‌v‌i‌r‌o‌n‌m‌e‌n‌t‌a‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g S‌h‌a‌h‌i‌d B‌e‌h‌e‌s‌h‌t‌i U‌n‌i‌v‌e‌r‌s‌i‌t‌y
چکیده [English]

Frictional sliding may not be sufficient for the stability of a system. In almost all models in the Discrete Element Method (DEM), a local non-viscous damping is used to balance the system by applying a damping force with a magnitude proportional to the unbalanced forces to each particle. The predicted macroscopic behavior of simulated particle assembly is influenced by the damping coefficient (α). In the present research, after calibrating the DEM simulations with the results of static and cyclic triaxial tests performed on sand samples containing rounded and angular particles under confining pressure of 100 kPa and cyclic stress ratio of 0.5, to study the effect of local non-viscous damping on the static and dynamic behavior of sands, different values of damping coefficient (0.5, 0.6, 0.7, 0.8 and 0.9) were used in simulations (in three-dimensional conditions). Then, the effects of initial void ratio, confining pressure, and particle shape on the behavior of the simulated samples were determined. The simulation results of the samples under static triaxial tests indicate that the effect of local non-viscous damping on the quasi-static behavior of granular materials is not significant. Under the same conditions, the energy stored in the samples with different damping coefficients is approximately equal. Angular specimens have a higher stored energy level. α has no significant effect on the coordinate number, magnitude of contact forces, and the maximum deformation in samples at the end of the static triaxial tests (20% axial strain). Upon increasing the damping coefficient from 0.5 to 0.9, the maximum rotational and translational velocities of both groups of samples are reduced. The higher the value of α considered in the simulation of cyclic triaxial test, the greater the dissipated energy of sample; thus, its damping ratio increases. By increasing the α coefficient, the shear modulus of round and angular particles decreases. The damping coefficient does not have a significant effect on the number of contacts between particles in the samples under cyclic triaxial tests, but the magnitude of contact forces, maximum rotational and translational velocities of the particles, and maximum deformation occurred in samples decreased with damping coefficient.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Discrete element method simulations
  • Granular materials
  • Triaxial tests
  • Local non-viscous damping coefficient