Statikus berendezésekben mozgó szemcsés anyaghalmaz modellezése
Kulcsszavak: porozitás, rézsűszög, nyíródoboz, kohézió
A mezőgazdaságban alkalmazott szemcsés anyagokat feldolgozó és mozgató berendezések tervezéséhez elengedhetetlen meghatározni az alkalmazott halmaz mechanikai paramétereit. Ezek a jellemzők a legtöbb esetben a belső súrlódási szög, illetve a kohézió. A szemcsék együttes mozgása közben annak minél pontosabb jellemzésére további fizikai mennyiségek ismerete is szükséges, melyek meghatározásához laboratóriumi méréseket végeztünk. A vizsgálatokhoz a jó közelítéssel gömbnek feltételezett kölest, illetve a mezőgazdaságban egyik leggyakrabban előforduló anyagot a kukoricát választottuk. Különböző nedvességtartalmak esetén porozitás mérés segítségével meghatároztuk a két anyag szemcse- és halmazsűrűségét, valamint porozitását. Szabvány alapján megépített rézsűszög mérőállomás segítségével az anyaghalmazok rézsűszögeit határoztuk meg. Végül laboratóriumi direkt nyíródobozos berendezés alkalmazásával meghatároztuk a szemcsehalmazokban fellépő kohéziós kötések nyírószilárdságait, illetve a halmaz belső súrlódási tényezőjét, melyeket a diszkrét elemes modell beállítási paramétereihez használtunk fel.
Napjainkban a számos modellezési módszer közül a diszkrételemes módszer (DEM) a leginkább alkalmazható numerikus módszer egy adott szemcsehalmaz keveredésének a vizsgálatára. A DEM módszer lényege, hogy a teljes halmaz létrehozásához ún. diszkrét szemcséket használ, amelyek mikromechanikai beállítási paraméterekkel rendelkeznek. A dolgozat célja ezeknek a paramétereknek a közvetett meghatározása, alapul véve a laboratóriumi mérések makromechanikai eredményeit.
Diszkrét elemes módszerrel kohéziós kapcsolatokat alkalmazva számítógépes szimulációkat végeztünk. Felépítettük az egyes mérőberendezések modelljeit, valamint a mérésekből kapott paraméterek felhasználásával újabb ismeretleneket tudtunk meghatározni. Ilyenek voltak a szemcsés anyagok egyes mikromechanikai paraméterei és a nedvességtartalom függő dimenzió nélküli gördülő és csavaró szilárdságok. Végezetül a diszkrét elemes modelleket validáltuk az elvégzett mérésekkel.
Irodalom:
1. Coetzee, C.J.: Calibration of the discrete element method and the effect of particle shape. Powder Technology, 297 (Supplement C), 50–70., 2016.
2. Horabik, J., Molenda, M.: Parameters and contact models for DEM simulations of agricultural granular materials: A review. Biosystems Engineering, 147 (Supplement C), 206–225., 2016.
3. Wei, H., Zan, L., Li, Y., Wang, Z., Saxén, H., Yu, Y.: Numerical and experimental studies of corn particle properties on the forming of pile. Powder Technology, 321 (Supplement C), 533–543., 2017.
