عنوان پایان‌نامه
مدل سازی اجزای مجزا ذرات با شکل هندسی نامنظم در فضای سه بعدی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مکانیک خاک وپی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1568;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 50678
- تاریخ دفاع
- ۲۳ شهریور ۱۳۹۰
- دانشجو
- محمدمهدی ملانوری شمسی
- استاد راهنما
- علی اصغر میرقاسمی
- چکیده
- بمنظور بررسی رفتار مکانیکی خاک‌های دانه‌ای مثل تماس بین ذرات و اتساع، شبیه سازی دقیق شکل ذره از اهمیت بسیار زیادی برخوردار میباشد. مقاومت برشی خاک‌های دانه‌ای به‌طور قابل ملاحظه‌ای تحت تأثیر رفتار اتساعی و انقباضی آنها که بستگی به ویژگی‌های ذاتی خاک مثل اندازه، دانه‌بندی، شکل (گوشه داری و کرویت ) و سطح زبری آن دارد، میباشد. در سالیان اخیر مدلسازی اجزای مجزا (DEM) رواج بسیار زیادی در شبیه سازی رفتار میکرومکانیکی خاک داشته است. اگرچه پیشرفت‌های قابل توجهی در بررسی ویژگی‌های شکل و ظاهر خاک به‌وسیله تصاویر دیجیتالی صورت گرفته است، ولی اکثر منابع موجود برای توصیف شکل ذرات محدود به مطالعه دوبعدی است و در محیط سه بعدی پیشرفت چندانی بعلت کمبود اصلاعات کمی درباره هندسه و مشکلات آزمایشگاهی و عددی در ارتباط با ویژگی ها و شبیه سازی شکل نامنظم ذرات صورت نپذیرفته است. با در نظر گرفتن نیاز به پیشرفت در این ناحیه هدف اصلی از تعریف پایان نامه فوق مدلسازی شکل تا حدودی واقعی ذرات در محیط سه بعدی بمنظور پیشرفت در شبیه سازی های عددی و افزایش دقت و صراحت نتایج حاصل از شبیه سازی های اجزا مجزا می باشد. در این راستا این پایان نامه با استفاده از روش پیشنهاد شده توسط Matsushima & Saomoto [2002], Matsushima et al. [2003] با استفاده از مجموعه کره هایی که با یکدیگر هم پوشانی دارند و به یکدیگر بصورت صلب متصل شده اند، ذرات نامنظم خاک را مدلسازی نموده است. در راستای اثبات صحت شبیه سازی صورت پذیرفته آزمایش های سه محوری فشاری زهکشی شده با شرایط مختلف شبیه سازی شده است. از آنجائیکه برنامه اجزا مجزا فوق قابلیت مدلسازی شکل های نامنظم ذرات با گوشه داری های مختلف را داراست، به بررسی عددی میزان تاثیر گوشه داری های مختلف در رفتار مکانیکی خاک های دانه ای پرداخته است. بدین منظور چهار گروه کاملا مشابه خاک با گوشه داری های مختلف که شامل 1000 ذره با پنج تیپ مختلف را تحت آزمایش های سه محوری و در شرایط فشار های همه جانبه و ضرایب اصطکاک مختلف بصورت عددی مدلسازی نمود. در نهایت نتایج حاصله بطور کیفی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید. نتایج عددی حاصله از لحاظ کیفی تطابق بسیار خوبی با نتایج آزمایشکاهی دارند. نتایج حاصله نشان می دهند که گوشه داری ذرات تاثیر بسیار زیادی در رفتار مکانیکی خاک دارد.
- Abstract
- In order to study the mechanical behavior of granular materials auch as contact between particles, dilation, and liquefaction; accurate modeling of particle shape is of great importance. The shear strength of granular soil is greatly influenced by its dilative and contractive behavior which in turn, depends on various intrinsic soil properties such as grain size, size distribution, shape (angularity or roundness), and surface roughness of soil. In the recent years, Discrete Element Method (DEM) has gained momentum in simulation of micromechanical behavior of soil. However, in spite of significant progress in particle shape characterization and reconstruction through digital imaging, majority of the two-dimentional modeling and characterization, while minimal progress in three-dimentional domain due to lack of quantitative information about particle geometrics, and the experimental and numerical difficulties associate with characterizing and modeling irregular particle shape. Regarding a need in this area, the main purpose of this thesis is to model semi-real shape of particles in three-dimentional, in order to make improvement at numerical simulations and arising exactness and accuracy results of discrete element modeling. To this aim, this paper attempts to use the proposed method by Matsushima & Saomoto [2002], Matsushima et al. [2003]. In this method the real shape of particle by clmping some overlapping spheres are connected to each other in a rigid way. In order to prove the performed numerical simulations, triacial drained comparison tests with various conditions are modeled. Considering in that the aforementioned discrete element programe ables for modeling irregularly shape of particles with different angularities, the influence of different angularities on mechanical behavior of granular soil is invesitigated by numerical modeling. In this regard, four groups of completely similar soil by different angularities which consist of 1000 particles and five different types were modeled numerically under triaxial tests with different confined pressures and friction coefficients. Finally, numerical simulations were compared qualitively with experimental results. The result proves this fact that angularity of grains considerably affects the behavior of soil.
