Metoda Elementów Dyskretnych
Metoda Elementów Dyskretnych (Discrete Element Method - DEM) jest jedną z metod numerycznych pozwalającą na wyznaczanie trajektorii ruchu cząstek i wzajemnych oddziaływań między elementami ośrodków o naturze dyskretnej (materiałów sypkich takich jak ziarna zbóż, piasek, pudry itp.). Metoda ta zyskała powszechne uznanie w wielu zastosowaniach inżynieryjnych, gdzie używane są materiały w formie rozdrobnionej, np. w badaniu naprężeń w silosach, mieszaniu i rozdrabnianiu. Uproszczony schemat obliczeniowy metody DEM przedstawia poniższy algorytm:
Badanie wpływu dodatkowych elementów umieszczonych w silosie zbożowym na sposób wypływu materiału.
Rys. 1 Symulacje komputerowe opróżniania cylindrycznego silosu zbożowego bez wkładki (z lewej) oraz z wkładką (z prawej). Przekrój osiowy zbiornika o średnicy 0.12 m i wysokości 0.33 m wypełnionego 75000 cząstek sferycznych.
W zbiornikach przechowalniczych często istnieje konieczność umieszczania dodatkowych elementów wewnątrz złoża (czujniki, osłony podajników, rury odciążające itp.). Zaburzenia rozkładu naprężeń powodowane przez takie elementy mogą prowadzić w skrajnych przypadkach do uszkodzenia całej konstrukcji zbiornika. Rys. 1 przedstawia sposób, w jaki zmienia się charakter wypływu materiału sypkiego w modelowym silosie po zamontowaniu półki przy ścianie.
Kobyłka R., Molenda M.: DEM simulations of loads on obstruction attached to the wall of a model grain silo and of flow disturbance around the obstruction (2014 r.) Powder Technology 2014, Vol. 256, 210-216
Badanie wpływu stopnia niejednorodności wielkości cząstek na mikro- i makromechaniczne właściwości ośrodków sypkich.
Większość materiałów sypkich stanowi ośrodki niejednorodne pod względem wielkości cząstek, a stopień ich polidyspersyjności determinuje zachowanie materiałów w procesach mieszania i opróżniania zbiorników przemysłowych oraz reakcję materiałów poddanych obciążeniom podczas procesów tabletkowania, granulowania i innych.
Zastosowanie Metody Elementów Dyskretnych umożliwiło przeprowadzenie badań nad materiałami o różnym stopniu niejednorodności wielkości cząstek, charakteryzującymi się różnymi rozkładami wymiarów granul (normalnym, przypadkowym i jednorodnym). Analiza geometrycznych i mechanicznych właściwości modelowanych ośrodków, poddanych testowi jednoosiowego ściskania (Rys. 1), wykazała niewielki wpływ rodzaju rozkładu wielkości cząstek na porowatość ośrodków rozdrobnionych oraz jego brak na mikro- i makromechaniczne właściwości próbek. Wraz ze wzrostem standardowego odchylenia średnicy sfer obserwowano wzrost porowatości złóż, ich sztywności oraz ilorazu naporu. Wzrost stopnia polidyspersyjności wielkości cząstek prowadził do spadku liczby koordynacyjnej w modelowanych próbkach (Rys. 2).
Rys. 1. Jednoosiowe ściskanie próbki o normalnym rozkładzie wielkości cząstek ze standardowym odchyleniem średnicy sfer wynoszącym 40%.
Rys. 2. Liczba koordynacyjna w próbkach o normalnym rozkładzie wielkości cząstek z różnym standardowym odchyleniem średnicy sfer.
