Talaj és szerszám deformáció modellezése kétutas DEM-VEM szimulációval
A géptervezések során napjainkban az alkatrészek szilárdságtani méretezésének jelentős része numerikus szimulációk segítségével zajlik. A mérnöki szakmában a végeselemes módszer [1] az egyik legelterjedtebb numerikus eljárás, amely segítségével kiszámíthatóak a szilárd testekben ébredő feszültségek és deformációk, modellezhető a hővezetés jelensége, valamint akár rezgéstani szimulációk létrehozására is lehetőség van. Azonban az eljárás alkalmazhatósága korlátozott. Például szilárd szemcsés anyagok (pl. talaj, homok, granulátumok, mezőgazdasági termények) csak nehezen vagy egyáltalán nem modellezhetőek vele. Ezen anyagok viselkedését hatékonyabban szimulálja egy másik számítási eljárás, a diszkrételemes módszer (DEM) [2], melynek lényege, hogy a szilárd szemcsék közötti érintkezésekben kiszámításra kerülnek a reakcióérők, majd ezek alapján a gyorsulás-, sebesség-, és mozgásállapotok. Így a szemcsék viselkedésén alapuló folyamatok (például: talajművelés, granulátumok és porok keveredése) reprodukálható a számítógépes szimulációkban. A DEM szimulációk során a szemcsékből álló halmazzal érintkező szilárd testeket merev, deformációra nem képesek. Abban az esetben, ha ezek az érintkezési erők jelentős deformációt okoznak a szilárd testben, amely már a szemcsék mozgását is befolyásolja, önmagában a diszkrételemes szimuláció nem elegendő, a szilárd test deformációjának modellezésére végeselemes szimuláció alkalmazása szükséges. Az ilyen, egyszere több numerikus eljárást alkalmazó szimulációkat többutas kapcsolt szimulációnak nevezik, amelyek fejlesztése jelenleg egy intenzíven kutatott terület [3]. Mérnöki alkalmazásuk az időigényesség miatt jelenleg kevésbé gyakori, így inkább az egyutas szimulációk kerülnek alkalmazásra, azonban a géptervezés és a mérnöki szakma fejlődéséhez szükséges pontosabb számításokhoz a közeljövőben elengedhetetlenek lesznek.
Tudományos diákköri munkám célja egy kétutas kapcsolt végeselemes-diszkrételemes eljárás kifejlesztése volt Ansys Mechanical APDL és Altair EDEM kereskedelmi szoftverek alkalmazásával, így lehetővé téve akár az eljárás ipari alkalmazhatóságát is. Célul tűztem ki továbbá, hogy az eljárás segítségével modellezhetővé tegyem talajművelő eszközök deformációjának hatását az adott talajra. Ehhez terveztem és építettem meg egy mérőberendezést, amellyel vizsgálható a különböző talajokban mozgatott szerszámok deformációja, valamint a rá ható terhelések.
A kapcsolt szimulációs eljárás fejlesztésekor megoldottam a szoftverek közötti kapcsolattartást és információátadást, beleértve a terhelés, valamint a geometriai adatok átkonvertálását. Megoldást találtam továbbá a szimuláció során felmerülő konvergencia problémákra.
A megtervezett mérőberendezéssel egy talajban tolt síklap deformációját vizsgáltam, és a mérést a kifejlesztett szimulációs eljárással reprodukáltam. Az eredmények nagyságrendre megegyeztek, így elmondható, hogy a kifejlesztett eljárás alkalmazható a talajművelő szerszámok deformációjának vizsgálatára. A jövőben a célom a pontosabb egyezések elérése, amellyel validálható és verifikálható lesz a kapcsolt szimuláció.
Irodalom:
[1] P. Tamás, A. Bojtos, A. Décsei-Paróczi, és R. T. Fekete, „Végeselem módszerek”, Budapest, BME MOGI http://www. mogi. bme. hu/TAMOP/vegeselem_modszerek/book. html, 2014.
[2] P. A. Cundall és O. D. L. Strack, „A discrete numerical model for granular assemblies”, Géotechnique, 1979, doi: 10.1680/geot.1979.29.1.47.
[3] X. Besseron, A. Rousset, A. Peyraut, és B. Peters, „6-way coupling of DEM+CFD+FEM with preCICE”, febr. 2020, Elérés: máj. 16, 2021. [Online]. Elérhető: https://orbilu.uni.lu/handle/10993/41617
szerző
-
Pásthy László
Gépészmérnöki mesterképzési szak
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Tamás Kornél
egyetemi docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék -
Dr. Farkas Zsolt
Egyetemi adjunktus, Gép- és Terméktervezés Tanszék
