Чисельне моделювання пружного гістерезису сипкого матеріалу

Abstract

Пружний гістерезис сипкого матеріалу є важливою проблемою у багатьох галузях науки і техніки, включаючи гірничо-металургійну промисловість, будівництво, енергетику та інженерію. Це пов’язано з тим, що сипкі матеріали складаються з великої кількості частинок, які можуть зсуватися одна відносно іншої під дією зовнішніх навантажень. Цей процес супроводжується енергетичними втратами та змінами форми структури матеріалу, що в свою чергу призводить до пружного гістерезису. Чисельне моделювання пружного гістерезису сипкого матеріалу є потужним інструментом для дослідження цих процесів і визначення параметрів матеріалу. Пружний гістерезис сипкого матеріалу описується рядом рівнянь, що включають різні фізичні процеси, які відбуваються в матеріалі. Зокрема, збереження енергії, рух частинок матеріалу, зміна форми структури та ін. В результаті чисельного моделювання процесу деформації сипкого матеріалу (на прикладі зернового матеріалу) отримані рівняння регресії другого порядку залежностей площі петлі пружного гістерезису s і максимального значення сили при 25% відносній деформації зернового матеріалу F0,25 від його фізико-механічних властивостей (щільність ρ, коефіцієнт Пуассона μ і модуль Юнга Е). Представлені результати можуть бути використані при подальшому моделюванні або при створенні фізико-математичних моделей процесу стискання зернового матеріалу в грануляторах, екструдерах та експандерах. - The elastic hysteresis of bulk material is an important problem in many fields of science and technology, including mining and metallurgy, construction, energy, and engineering. This is due to the fact that loose materials consist of a large number of particles that can shift relative to each other under the influence of external loads. This process is accompanied by energy losses and changes in the shape of the material structure, which in turn leads to elastic hysteresis. Knowledge of material behavior under various loading conditions is essential for developing safe and effective engineering solutions. The purpose of the research is to determine the parameters of the deformation of loose material (for example, granular material) depending on its physical and mechanical properties in the Simcenter STAR-CCM+ software package. The elastic hysteresis loop reflects the behavior of the material under cyclic loading, when strain and stress changes occur. Loop area is a measure of material energy losses that occur during cyclic loading. As a result of numerical modeling of the process of deformation of loose material (on the example of granular material), the regression equations of the second order of the dependences of the area of the elastic hysteresis loop and the maximum force value at 25% relative deformation of the granular material from its physical and mechanical properties (density, Poisson's ratio and Young's modulus) were obtained. The presented results can be used in further modeling or in the creation of physico-mathematical models of the process of compression of grain material in granulators, extruders and expanders.