Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Xác minh DEM của hiệu ứng giảm chấn trong chuyển động của hạt rơi tự do cho các điều kiện tĩnh và không tĩnh
Tóm tắt
Phương pháp phần tử rời rạc (DEM) đã được sử dụng rộng rãi trong các đánh giá số học trong kỹ thuật địa kỹ thuật; tuy nhiên, cần có những phân tích và xác minh đơn giản hơn để hiểu cơ chế tương tác giữa một hạt đơn và một bức tường dưới ảnh hưởng của độ giảm chấn. Một mô hình hạt rơi tự do được đề xuất, và các nghiệm phân tích cho các giai đoạn của hạt rơi tự do, tiếp xúc với bức tường cố định và bật lại được thu được cho các loại và giá trị giảm chấn khác nhau. Việc phân tích theo thời gian trong các điều kiện tĩnh và không tĩnh được xem xét nhằm hiểu rõ hơn về giả thuyết của DEM. Các kết quả số học rất phù hợp với nghiệm phân tích. Các mối quan hệ tuyến tính và hàm mũ giữa hệ số hồi phục và độ giảm chấn cục bộ cũng như độ giảm chấn nhớt, tương ứng, được thiết lập và hình thành công thức. Sự tiêu tán năng lượng động lớn hơn với ảnh hưởng của độ giảm chấn nhớt so với độ giảm chấn cục bộ khi so sánh chiều cao bật lại của hạt. Việc xác minh các nghiệm phân tích và số học đã được thực hiện với các nghiên cứu trước đó và cho thấy sự phù hợp tốt. Khoảng thời gian không còn cố định khi vận tốc hạt vượt quá khoảng 1,55 m/s, điều này có nghĩa là hệ thống DEM không còn ở trạng thái tĩnh.
Từ khóa
#phương pháp phần tử rời rạc #kỹ thuật địa kỹ thuật #mô hình hạt rơi tự do #hiệu ứng giảm chấn #nghiệm phân tích #tiêu tán năng lượng độngTài liệu tham khảo
Bai XM, Keer LM, Wang QJ, Snurr RQ (2009) Investigation of particle damping mechanism via particle dynamics simulations. Granul Matter 11:417–429
Caserta AJ, Navarro HA, Cabezas-Gómez L (2016) Damping coefficient and contact duration relations for continuous nonlinear spring-dashpot contact model in DEM. Powder Technol 302:462–479
Chen F, Drumm EC, Guiochon G (2007) Prediction/verification of particle motion in one dimension with the discrete element method. Int J Geomech 7(5):344–352
Chung YC, Ooi JY (2011) Benchmark tests for verifying discrete element modelling codes at particle impact level. Granul Matter 13:643–656
Chung YC, Ooi JY (2008) A study of influence of gravity on bulk behaviour of particulate solid. Particuology 6:467–474
Crowe C, Sommerfeld M, Tsuji Y (1997) Multiphase flows with droplets and particles. CRC Press, Boca Raton
Cui Y, Nouri A, Chan D, Rahmati E (2016) A new approach to the DEM simulation of sand production. J Pet Sci Eng 147:56–67
Cui Y, Chan D, Nouri A (2017a) Discontinuum modeling of solid deformation pore-water diffusion coupling. Int J Geomech 17(8):04017033
Cui Y, Chan D, Nouri A (2017b) Coupling of solid deformation and pore pressure for undrained deformation – a discrete element method approach. Int J Numer Anal Met 41(18):1943–1961
Cui Y, Jiang Y, Guo C (2019a) Investigation of the initiation of shallow failure in widely graded loose soil slopes considering interstitial flow and surface runoff. Landslides. 16(4):815–828
Cui Y, Cheng D, Choi CE, Jin W, Lei Y, Kargel JS (2019b) The cost of rapid and haphazard urbanization: lessons learned from the Freetown landslide disaster. Landslides. 16(6):1167–1176
Cundall PA (1987) Distinct element models of rock and soil structure. Analytical and computational methods in engineering rock mechanics. E.T. Brown, ed., George Allen and Unwin, London, 129-163
Cundall PA (1971) A computer model for simulating progressive large scale movements in blocky rock systems. in Proceedings of the Symposium of the International Society of Rock Mechanics (Nancy, France, 1971), Vol. 1, Paper No. II-8
Cundall PA, Strack ODL (1979) A discrete numerical model for granular assemblies. Géotechnique 29(1):47–65
Foerster SF, Louge MY, Chang AH, Allia K (1994) Measurements of the collision properties of small spheres. Phys Fluids 6:1108–1115
Flores P, Machado M, Silva MT, Martins JM (2011) On the continuous contact force models for soft materials in multibody dynamics. Multibody Syst Dyn 25:357–375
Garg R, Galvin J, Li T, Pannala S (2012) Open-source MFIX-DEM software for gas-solids flows: part I- verification studies. Powder Technol 220:122–137
Giacomini A, Buzzi O, Renard B, Giani GP (2009) Experimental studies on fragmentation of rock falls on impact with rock surfaces. Int J Rock Mech Min 46(4):708–715
Gu X, Yang J, Huang M (2013) DEM simulations of the small strain stiffness of granular soils: Effect of stress ratio. Granul Matter 15(3):287–298
Hentz S, Daudeville L, Donze FV (2004) Identification and validation of a discrete element model for concrete. J Eng Mech 130(6):709–719
Itasca Consulting Group: Inc. PFC3D, Version 4.0. Minneapolis: Itasca (2004)
Jankowski R (2005) Non-linear viscoelastic modelling of earthquake-induced structural pounding. Earthq Eng Struct Dyn 34(6):595–611
Kharaz AH, Gorham DA, Salman AD (2001) An experimental study of the elastic rebound of spheres. Powder Technol 120:281–291
Navarro HA, Braun MPDS (2013) Linear and nonlinear hertzian contact models for materials in multibody dynamics. 22nd International Congress of Mechanical Engineering
Pöschel T, Schwager T (2005) Computational granular dynamics: models and algorithms. Springer-Verlag, Berlin
Potyondy DO, Cundall PA (2004) A bonded-particle model for rock. Int J Rock Mech Min 41:1329–1364
Shäfer J, Dippel S, Wolf DE (1996) Force schemes in simulations of granular materials. J Phys I Fr 6(1):5–20
Stevens AB, Hrenya CM (2005) Comparison of soft-sphere models to measurements of collision properties during normal impacts. Powder Technol 154(23):99–109
Thornton C, Ning Z, Wu CY, Nasrullah M, Li LY (2001) Contact mechanics and coefficients of restitution. In: Poschel T, Luding S (eds) Granular Gases. Springer, Berlin, pp 55–66
Yang ZX, Yang J, Wang LZ (2012) On the influence of inter-particle friction and dilatancy in granular materials: a numerical analysis. Granul Matter 14:433–447
Yao M, Anandarajah A (2003) Three dimensional discrete element method of analysis of clays. J Eng Mech 129(6):585–596
Ye K, Li L, Zhu H (2009) A note on the Hertz contact model with nonlinear damping for pounding simulation. Earthq Eng Struct Dyn 38(9):1135–1142
Yu B, Yi W, Zhao H (2018) Experimental study on the maximum impact force by rock fall. Landslides. 15(2):233–242
Zhang Z, Zhang X, Qiu H, Daddow M (2016) Dynamic characteristics of track-ballast-silty clay with irregular vibration levels generated by high-speed train based on DEM. Constr Build Mater 125:564–573
Zhang Z, Zhang X, Tang Y, Cui Y (2018a) Discrete element analysis of a cross-river tunnel under random vibration levels induced by trains operating during the flood season. J Zhejiang Univ Sci A 19(5):246–366
Zhang Z, Cui Y, Chan D, Taslagyan K (2018b) DEM simulation of shear vibrational fluidization of granular material. Granul Matter 20(4):71
Zhang Z, Zhang X, Cui Y, Qiu H (2019) Discrete element modelling of a cross-river tunnel under subway trainoperation during peak and off-peak periods. Arab J Geosci 12(3):102. https://doi.org/10.1007/s12517-019-4279-2
Zhou W, Ma X, Ng TT, Ma G, Li SL (2016) Numerical and experimental verification of a damping model used in DEM. Granul Matter 18:1–12
Zhu HP, Zhou ZY, Yang RY, Yu AB (2007) Discrete particle simulation of particulate system: theoretical developments. Chem Eng Sci 62(13):3378–3396