Granular Dynamics, Contact Mechanics and Particle System Simulations: A DEM study

این کتاب به تکنیک روش المان گسسته (DEM) اختصاص دارد، یک رویکرد مدل‌سازی ناپیوسته که این واقعیت را در نظر می‌گیرد که مواد دانه‌ای از ذرات گسسته ای تشکیل شده‌اند که در سطح ریزمقیاس با یکدیگر تعامل دارند. این تکنیک شبیه‌سازی عددی را می‌توان هم برای سیستم‌های پراکنده استفاده کرد که در آن فعل و انفعالات ذره-ذره سیستم‌های برخوردی و فشرده ذرات با تماس‌های پایدار متعدد هستند.

این کتاب توضیحات گسترده و مفصلی از پیشینه نظری DEM ارائه می دهد. تئوری های مکانیک تماس برای برهمکنش های الاستیک، الاستیک-پلاستیک، الاستیک چسبنده و الاستیک-پلاستیک چسبنده ذره-ذره ارائه شده است. سایر مدل‌های نیروی تماس نیز مورد بحث قرار می‌گیرند، از جمله اصلاحات برخی از این مدل‌ها همانطور که در ادبیات توضیح داده شده است، و حوزه‌های مهم تحقیقات بیشتر شناسایی می‌شوند.

یک مسئله کلیدی در شبیه‌سازی‌های DEM این است که آیا یک کد می‌تواند ساده‌ترین سیستم‌ها را به‌طور قابل اعتماد شبیه‌سازی کند، یعنی برخورد مایل تک ذره با دیوار. این با استفاده از خروجی به‌دست‌آمده از مدل‌های نیروی تماسی که قبلاً توضیح داده شد، مورد بحث قرار می‌گیرد که برای برخوردهای الاستیک و غیرکشسان مقایسه شده‌اند. علاوه بر این، بینش بیشتری برای تاثیر ذرات چسب ارائه شده است. نویسنده سپس به ارائه نتایج کاربردهای DEM انتخاب شده برای برخوردهای آگلومره، بسترهای سیال و تغییر شکل شبه استاتیکی می‌پردازد، و نشان می‌دهد که تکنیک DEM را می‌توان مورد استفاده قرار داد (i) برای تقلید آزمایش‌ها، (ii) بررسی جاروهای پارامتر، از جمله مقادیر محدود. ، یا (iii) پدیده های جدید، قبلا ناشناخته را در مقیاس خرد شناسایی کنید.

در کاربردهای DEM، تأکید بر کشف اطلاعات جدیدی است که درک منطقی ما را از سیستم‌های ذرات افزایش می‌دهد، که ممکن است مهم‌تر از توسعه یک مدل پیوسته جدید باشد که تمام جنبه‌های ریزساختاری را در بر می‌گیرد، که به احتمال زیاد ثابت خواهد شد. برای اجرای عملی پیچیده است. این کتاب برای محققان دانشگاهی و صنعتی که در زمینه فناوری ذرات/مهندسی فرآیند و ژئومکانیک کار می کنند، چه تجربی و چه نظریه پرداز، مورد علاقه خواهد بود.

This book is devoted to the Discrete Element Method (DEM) technique, a discontinuum modelling approach that takes into account the fact that granular materials are composed of discrete particles which interact with each other at the microscale level. This numerical simulation technique can be used both for dispersed systems in which the particle-particle interactions are collisional and compact systems of particles with multiple enduring contacts.

The book provides an extensive and detailed explanation of the theoretical background of DEM. Contact mechanics theories for elastic, elastic-plastic, adhesive elastic and adhesive elastic-plastic particle-particle interactions are presented. Other contact force models are also discussed, including corrections to some of these models as described in the literature, and important areas of further research are identified.

A key issue in DEM simulations is whether or not a code can reliably simulate the simplest of systems, namely the single particle oblique impact with a wall. This is discussed using the output obtained from the contact force models described earlier, which are compared for elastic and inelastic collisions. In addition, further insight is provided for the impact of adhesive particles. The author then moves on to provide the results of selected DEM applications to agglomerate impacts, fluidised beds and quasi-static deformation, demonstrating that the DEM technique can be used (i) to mimic experiments, (ii) explore parameter sweeps, including limiting values, or (iii) identify new, previously unknown, phenomena at the microscale.

In the DEM applications the emphasis is on discovering new information that enhances our rational understanding of particle systems, which may be more significant than developing a new continuum model that encompasses all microstructural aspects, which would most likely prove too complicated for practical implementation. The book will be of interest to academic and industrial researchers working in particle technology/process engineering and geomechanics, both experimentalists and theoreticians.