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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Modelagem de cisalhamento de particulados utilizando o método dos elementos discretos
Title Alternative: Particles shear modelling using the discrete element method
Author: Silva, Felipe Thadeu, 1988-
Advisor: Ferraz, Antônio Carlos de Oliveira, 1953-
Abstract: Resumo: As propriedades físicas das partículas de materiais granulares influem no seu comportamento macroscópico, seja em aplicações voltadas para a agricultura ou até mesmo para exploração de superfícies planetárias. Entretanto, para quaisquer aplicações, entender os efeitos do atrito e intertravamento entre partículas é fundamental para descrever o processo de deformação e escoamento dos materiais granulares. Isso decorre da constatação de que elementos fundamentais da interação mecânica entre partículas são pouco conhecidos, existem dificuldades de determinação de parâmetros para meios com partículas de pequena dimensão e as investigações utilizando modelos numéricos estão nos estágios iniciais. Uma das maneiras mais antigas e comuns para o estudo das propriedades do material particulado são os ensaios de cisalhamento. Alternativamente a abordagem experimental, a modelagem numérica é capaz de fornecer maior detalhamento de como as cadeias de forças variam tanto durante o processo de cisalhamento quanto com a variação das propriedades da partícula. Desta maneira, diante da não existência de um programa de cisalhamento para simulação numérica em software aberto, o objetivo geral deste trabalho é desenvolver um código de simulação para o cisalhamento em código aberto. Para tanto, uma plataforma de Método de Elementos Discretos (MED) foi utilizada para o processo de simulação numérica e análise das forças e deslocamentos. Nas simulações, a varredura das propriedades do material particulado foi o coeficiente de atrito da partícula de 0,1 a 0,5, e a rigidez da partícula de 300 a 800 kN/m. Assim como as simulações, os experimentos foram conduzidos em caixas metálicas de diâmetro 100, 156 e 200 mm, variando o diâmetro do material particulado em 1,2 e 6,0 mm, sendo realizados 10 ensaios para cada, totalizando 50 observações. Na totalidade dos ensaios e simulações observou-se um comportamento similar no cisalhamento de diferentes diâmetros de partículas e de caixas de cisalhamento. Apesar de comportamento similar, notou-se um aumento dos níveis de força que estão correlacionados a relação entre o diâmetro da partícula e o diâmetro da caixa de cisalhamento que alteram o nível de intertravamento das partículas. Os valores de força e inclinação da curva obtidos nas simulações são próximos aos valores obtidos com os ensaios de laboratório, isso demonstra a aplicabilidade do modelo desenvolvido para pesquisas futuras

Abstract: The physical properties of individualized particles of granular materials govern their macroscopic behavior, whether in agricultural applications or even in planetary surfaces. However, for any applications to understand the effects of friction and interlocking between particles, it is critical to describe the process of deformation and flow of granular materials. This is due to the fact that fundamental elements of the mechanical interaction between particles are little known, there are difficulties in determining parameters for small particle media and the investigations using numerical models are in their early stages. One of the oldest and most common ways of studying the properties of particulate matter is the shear box test. As an alternative to the experimental approach, numerical modeling is able to provide more detail on how the chains of forces vary both during the shear process and with the variation of the properties of the particle. In this way, the objective of this study is the development of a shear model capable of simulating the variation of the internal friction angle of the particulate medium in different particle diameter and shear section areas. In order to do so, an open source Discrete Element Method (DEM) platform was used for the numerical simulation process and analysis of forces and displacements. In the simulations, the particulate material swept through the internal friction of 0.1 to 0.5, and the stiffness of the particle of 300 to 800 kN/m. As in the simulations, the experiments were conducted in metallic boxes with diameters of 100, 156 and 200 mm, varying the diameter of the particulate material in 1,2 and 6,0 mm, being carried out 10 tests for each, in total 50 observations. In all the tests and simulations, a similar behavior was observed in the shear of different particle diameters and shear boxes. Despite the similar behavior, an increase in the force levels correlated to the ratio of particle diameter and shear box diameter was observed, which alter the interlocking level of the particles. The values of force and slope of the curve obtained in the simulations are close to the values obtained with the laboratory tests, this demonstrates the applicability of the model developed for future research
Subject: Modelagem matemática e simulação
Cisalhamento
Atrito
Método de elemento discreto
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: SILVA, Felipe Thadeu. Modelagem de cisalhamento de particulados utilizando o método dos elementos discretos. 2018. 1 recurso online (68 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Agrícola, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/332389>. Acesso em: 28 set. 2018.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEAGRI - Tese e Dissertação

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