Upload
druce
View
64
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Szemcsehalmazok mechanikai modellezése. Keppler István Ph.D . egyetemi docens, tanszékvezető. BME Matematikai Modellakotás Szeminárium 2013. X. 15. Szemcsehalmazok mechanikája kutatócsoport (2012-13). 5 cikk, (3IF=4,1) 5 nemzetközi konferencia TDK 1. helyezés OTDK 1. és 4. helyezés - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Szemcsehalmazok mechanikai Szemcsehalmazok mechanikai modellezésemodellezése
Keppler István Ph.D.Keppler István Ph.D.egyetemi docens, tanszékvezetőegyetemi docens, tanszékvezető
BME Matematikai Modellakotás Szeminárium 2013. X. 15.
Szemcsehalmazok mechanikája Szemcsehalmazok mechanikája kutatócsoport (2012-13)kutatócsoport (2012-13)
• 5 cikk, (3IF=4,1)• 5 nemzetközi
konferencia• TDK 1. helyezés• OTDK 1. és 4. helyezés• Pro Scientia aranyérem
• 1 egyetemi tanár• 2 egyetemi docens• 3 Ph.D. hallgató• 4 demonstrátor
hallgató
Szoros együttműködés a Mezőgazdasági Gépkísérleti Intézettel (MGI).
Hol találkozunk szemcsés anyagokkal?Hol találkozunk szemcsés anyagokkal?
• Majdnem mindenhol– Mezőgazdaság– Élelmiszeripar– Vegyipar– Gyógyszeripar– Építőipar
Mechanikai viselkedésMechanikai viselkedés
TönkremenetelTönkremenetel
Problémák mérnöki szemmelProblémák mérnöki szemmel
• Ipari folyamatokat kell tervezni– Szemcsehalmaz „terhelhetősége”
• Teherviselő képessége• Ellenállása
– Szemcsehalmaz mozgása (áramlása)• Kifolyási sebessége• Mozgása akadályok környezetében• Keveredése
– Kölcsönhatások• Szemcsék egymással• Áramló közeggel (gázzal, folyadékkal)• „Megmunkáló” szerszámokkal, tárolóberendezésekkel
Modellezési lehetőségekModellezési lehetőségek
• Klasszikus• Analitikus
– Kontinuum modell– Képlékenységtan
• Numerikus– Áramlástani modellek– SPH modellezés– Diszkrét elemek módszere
Klasszikus analitikus összefüggések Klasszikus analitikus összefüggések
wdgvNqdNdcNcdNdNF aqacac
22
Kontinuum modellKontinuum modell
),,,( tzyxA
),,,( tzyxF
),,,( tzyxu
0f F
A uu 21
FCA0uu
u
A
0pnp
AF
EAF IA-G
212
Áramlástani modellÁramlástani modell
• „Mozgásegyenletek”– Folytonossági egyenlet:
– Navier-Stokes egyenlet:• „Tönkremenetel” pl. Bingham modell
– Időben állandósult állapot.– Nagy memóriaigény.– Pl. agyagos, sáros talaj.
00
0
,
,0
yu
.0 vt
.2 fvvvv
pt
Diszkrét elemes modellDiszkrét elemes modell
A.O. Raji,J.F. Favier, Journal of Food Engineering 64 (2004) 359–371
Diszkrét elemes modellDiszkrét elemes modell
• Normálerő
• Tangenciális erő
• Gördülési ellenállás
nrel04
0022023
0 2ln
ln652
34 vmRE
C
CREFr
rn
trel04
002200 2ln
ln6528 vmRG
C
CRGFr
rtt
iiNrr RFM
P.A. Cundall, O.D.L. Strack, A discrete numerical model for granular assemblies. Geotechnique, 29:47–65, 1979.
Diszkrét elemes modellDiszkrét elemes modell
• „Kötőanyag”– Kapcsolati erők
– Nyomatékok
– Terhelhetőség
– „Túl nagy” terhelésnél a kötés felszakad
D.O. Potyondy, P.A. Cundall: A bonded-particle model for rock, Int. J. of Rock Mechanics and Mining Sciences Volume 41, Issue 8 2004, Pages 1329–1364
tASvF nnn tASvF ttt
tJSM tnn tJSM ntt 2
Btn R
JM
AF 2
max
Btt RJM
AF
max
DEM KalibrációDEM Kalibráció
• Szemcse rugalmassági modulusa
• Szemcse Poisson tényezője
• Szemcse sűrűsége• Szemcse alak
• Ütközési tényező• Súrlódási tényező• Gördülési ellenállási
tényező• Méret eloszlás
• Kötés normálmerevsége• Kötés tangenciális merevsége• Kritikus normálfeszültség• Kritikus nyírófeszültség• Kötési sugár
KalibrálásKalibrálás
• Súrlódási félkúpszög • Kohézió „mérés”
KifolyásTriaxiális vizsgálat
NyíróvizsgálatValódi triaxiális teszt
Roskadás vizsgálat
KalibrálásKalibrálás
NyíróvizsgálatNyíróvizsgálat
Nyírási tönkremenetelNyírási tönkremenetel
Nyíróvizsgálat Nyíróvizsgálat
Discrete thermal element modelDiscrete thermal element model
Egy szemcse, analitikus megoldásEgy szemcse, analitikus megoldás
SzemcsehalmazSzemcsehalmaz
Eredő fluxusEredő fluxus
PéldaPélda
SPH módszerSPH módszer
Mozgásegyenlet származtatásaMozgásegyenlet származtatása
Alkalmazási példákAlkalmazási példák
• Talajművelés• Rostálás• Siló kifolyás• Talaj-kerék• Kavicságyas reaktor
Talajművelés problémájaTalajművelés problémája
Vonóerőigény – Költség– Környezetszennyezés– Szerszámtervezés
• Sokféle feladat• Sokféle szerszám
Vonóerőigény meghatározásaVonóerőigény meghatározása
• Kísérleti úton– Talajvályú– Szántóföldi mérés
• Analitikus módszerrel– Talajmozgatási egyenlet
(Earthmoving equation)• Numerikus szimulációkkal
– Áramlástani modell– Diszkrét elemek módszere– SPH eljárás
Kísérleti vizsgálat MGIKísérleti vizsgálat MGI
Rugalmas rögzítésRugalmas rögzítés
Rugalmas felfüggesztés hatásaRugalmas felfüggesztés hatása
Analitikus módszerAnalitikus módszer
• Talajmozgatási egyenlet
– Szerszám geometria– Szerszám sebesség– Talaj
• Esetenként 150% hiba
wdgvNqdNdcNcdNdNF aqacac
22
Áramlástani modellÁramlástani modell
Áramlástani modellÁramlástani modell
Áramlástani modellÁramlástani modell
• Nyomáseloszlás
SPH modellSPH modell
Diszkrét elemes modellDiszkrét elemes modell
• Talajszemcsék kölcsönhatásának leírása– Ütköznek– Összetapadnak– Szétválnak– Forognak
Vonóerőigény DEM szimulációVonóerőigény DEM szimuláció
Vonóerőigény mért-számított Vonóerőigény mért-számított
Szerszám rezgés hatásaSzerszám rezgés hatása
RostálásRostálás
SilókSilók
Klasszikus silómodellKlasszikus silómodell
SilómodellSilómodell
Silóürítés folyamataSilóürítés folyamata
Silóürítés DEM modelljeSilóürítés DEM modellje
SzárítóSzárító
SzárítóSzárító
SzárítóSzárító
Kavicságyas atomreaktorKavicságyas atomreaktor
Kavicságyas atomreaktorKavicságyas atomreaktor
Kavicságyas atomreaktorKavicságyas atomreaktor
DarálásDarálás
Talaj-kerék kölcsönhatásTalaj-kerék kölcsönhatás
Folyamatban lévő kutatásokFolyamatban lévő kutatások
• Szemcsemozgás vastagrétegű szárítóberendezésekben
• Talajművelő eszköz-talaj kölcsönhatása• Szemcsehalmazok áramlása