discrete element method
در نشریات گروه مکانیک-
This paper summarized some common grading curves of ballast layers and found that the content of 16-32 mm ballast particles ("middle-size particles" in this paper) had a significant effect on the direct shear performance of the ballast layer. In this paper, the direct shear tests of the ballast layers with different contents of middle-size particles were reproduced using the discrete element method (DEM). Two different compactions of the ballast samples were used, and the reasons for the changes of shear strength of the ballast layers with different size distributions were analyzed from macroscopic and microscopic perspectives. The results showed that the strengthening effect of the ballast due insertion of middle-particles could only be observed for normally compacted ballast, whereas the same insertion with fully compacted ballast would decrease the shear strengths properties. The fully compacted ballast is subjected to the dilation. The reason of the strengthening effect for the normally compacted ballast were the contraction and dilation processes. Insertion of the middle-size particles up to 20-30% at most increase the dilation processes. Thus, the results show that the ballast layers with conventional narrow particle size distribution (narrow PSD) have higher shear strength than wide range particle size distribution (wide range PSD) if the ballast is good fully compacted. Additionally, it should be noted that the number of small particles will increase during the lifecycle of the ballast layer due to corner brakeage and the external contamination. Moreover, the drainage aspects of the wide range PSD should be considered. Therefore, the excessive insertion of middle-size particles is not justified.Keywords: railway, fines-free ballast, Particle size distribution, direct shear test, discrete element method
-
Insertion of large objects or intruders into granular material is common both in nature and industrial applications. During penetration due to collision between intruder and granular particles, intruder experiences resistance or drag force (analogy from fluid). In literature, it is extensively studied that in dry packed beds granular drag force increases with the intrusion depth. However, nearly no information is available about the effect of fluidization on the granular drag force and is the main theme of this paper. In this paper, discrete element method (DEM) and computational fluid dynamics (CFD) is used for performing numerical simulations. Simulations showed that granular drag force becomes independent of intrusion depth at incipient fluidization and is a function of Reynolds number. Using the mathematical relation of fluid drag force, granular viscosity of the fluidized bed is calculated. The physics for the fluid like state of granular material and the independence of granular drag force with intrusion depth is explained at the end of paper.
Keywords: Resistance force, Fluidized bed, Intruder impact, Granular viscosity, Discrete element method -
پوشش دهی قطعات و اجزاء در صنایع مختلف به منظور بهبود خواص سطح آن ها انجام می شود. در این بین، پوشش های ترد در کاربردهایی نظیر افزایش مقاومت در برابر خوردگی و حرارت بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. مود آسیب غالب در این ساختارها، ایجاد ترک و گسترش آن است، از این رو بررسی رفتار شکست در این ساختارها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این مقاله، از روش المان گسسته برای شبیه سازی فرآیند ایجاد آسیب اولیه و گسترش آن در ساختارهای شامل پوشش و بستر، به دلیل قابلیت بالای آن در پیش بینی این فرآیند، استفاده شد. رفتار پوشش و بستر به صورت ترد الاستیک در نظر گرفته شد و اثر پارامترهای اختلاف ضرایب الاستیک اجزای تشکیل دهنده و ضخامت پوشش بر گسترش آسیب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد، در ساختارهایی که سفتی پوشش به مراتب کم تر از سفتی بستر است، در ضخامت های کم پوشش، مود غالب آسیب، ایجاد ترک و گسترش آن به داخل بستر است، در حالی که با افزایش ضخامت پوشش، گسترش ترک به داخل و یا به موازات فصل مشترک بین پوشش و بستر اتفاق افتاد. اما در ساختارهایی که در آن سفتی پوشش بزرگ تر از بستر است، بدون توجه به ضخامت پوشش، گسترش آسیب به داخل بستر نفوذ کرد.
کلید واژگان: ساختارهای پوشش-بستر، پوشش ترد، روش المان گسسته، گسترش آسیبCoatings are used in different industries in order to improve the surface properties in components and instruments. In some situations, such as improving the wear resistance of an instrument, brittle coatings have been considered. Dominant failure mode in these structures is crack initiation and propagation. So, investigating the fracture behavior of these structures is in great importance. In this paper, discrete element method (DEM) is used to simulate the crack initiation and propagation in coating/substrate structures. This method has a great ability to predict damage initiation and propagation in structures. For this purpose, a DEM solver code is written by authors. Brittle elastic behavior is considered in coating and substrate and the effect of elastic mismatch in constituents of structure and the coating thickness in damage initiation and propagation were investigated. The results showed that in structures in which coating stiffness is less than substrate stiffness, in the case of low thickness of coating, damage appears as crack initiation and propagation into the substrate but, by increasing the coating thickness, crack grows into or parallel to interface. In structures in which the coating stiffness is greater than substrate stiffness, no matter to the coating thickness, crack grows to the substrate.
Keywords: Coating, substrate structures, brittle coating, discrete element method, damage propagation -
استفاده از پوشش ها در صنایع مختلفی، به منظور بهبود خواص سطحی مواد مورد استفاده قرار می گیرند. یکی از مودهای خرابی متداول در این ساختارها، جدایش پوشش از بستر از ریشه ترک های کانالی شکل می باشد. در این مقاله، روش المان گسسته به منظور شبیه سازی فرآیند ایجاد و گسترش خرابی در اثر اختلاف ضرایب انبساط حرارتی بین پوشش و بستر، از ریشه یک ترک کانالی شکل، مورد استفاده قرار گرفت. رفتار پوشش و بستر به صورت ترد الاستیک، به طوری که سفتی بستر بیشتر از پوشش و ضریب انبساط حرارتی پوشش به مراتب بیشتر از بستر است، در نظر گرفته شد. همچنین خواص فصل مشترک به صورت میانگین هندسی از خواص بین پوشش و بستر می باشد. بارگذاری نیز به صورت کاهش دما به کل مجموعه اعمال شد. اثر پارامترهایی نظیر اختلاف ضرایب الاستیک بین پوشش و بستر و همچنین ضخامت پوشش مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش اختلاف سفتی بین پوشش و بستر و همچنین کاهش ضخامت پوشش، اختلاف دمای مورد نیاز برای ایجاد جدایش اولیه در فصل مشترک، افزایش پیدا کرد. از دیگر نتایجی که می توان به آن اشاره کرد، تغییر در الگوی گسترش خرابی اولیه ایجاد شده، به ازای تغییر در اختلاف سفتی بین پوشش و بستر بود به طوری که، در پوشش هایی که سفتی به مراتب کم تری نسبت به بستر دارند، گسترش آسیب در داخل پوشش اتفاق افتاد اما برای پوشش های که اختلاف سفتی آن ها با بستر کم تر است، گسترش آسیب تنها در فصل مشترک ادامه پیدا کرد.کلید واژگان: ساختارهای شامل پوشش و بستر، روش المان گسسته، جدایش، ایجاد و گسترش خرابیCoatings are used in various industries in order to improve the surface properties of materials. Delamination of coatings from their substrate, at the root of channel cracks, is one of the common failure modes in these structures. In this paper, discrete element method is used in order to simulate the initiation and propagation of damages, caused by the mismatch between the thermal expansion coefficients of coating and substrate. Coating and substrate are considered to be brittle elastic in which, substrate is stiffer than the coating, but the thermal expansion coefficient of coating is considered to be much greater than substrate. The interface properties are also considered to be the geometric average between the coating and substrate. Temperature reduction is applied to the whole structure as loading. The effect of elastic mismatch and coating thickness was investigated. The results showed that, by increasing the elastic mismatch and decreasing the coating thickness, the temperature reduction, need to delamination initiation at the interface, increased. Also, changing in the damage propagation pattern was happened by changing in the elastic mismatch. In coatings with high elastic mismatch, damage propagation was happened inside them but by increasing the stiffness, damage propagation happened at the interface.Keywords: Coating, substrate structure, discrete element method, delamination at the interface, damage initiation, propagation
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.