3次元個別要素法を用いた容器内粉粒体の力学的挙動解析
従来、粉粒体の挙動を検討する際に2次元モデルが用いられることが多かったが、粉粒体に特有な現象をある程度表現することはできても、完全な形でシミュレートすることは困難であった。本報告では、著者の開発した3次元個別要素法プログラムを用いて、投入時の粒度偏析現象および鉛直振動時の対流現象を再現することを試みた。粒度偏析現象については後藤らの実験との退避を行うことにより、解析結果の妥当性を示すとともに後藤らの想定した偏析メカニズムについて検討した。また、対流現象に関してはEhrichsらの実験をシミュレートし、対流現象を再現するとともに、その発生メカニズムが振動1サイクル毎の粒子運動の繰返しであり、容器中央部と周辺部の粒子挙動の差が対流現象のドライビングフォースであることを示した。また、このメカニズムは基本的に田口が2次元モデルを用いて推定したものに対応している。
A Study on Mechanical Behavior of Granular Materials using 3-Dimensional Distinct Element Method
In order to study the mechanical behavior of powders or granular materials, 2-dimensional models have often been used. However, such models are able to represent only certain features of specific phenomena of particulate materials, and it's difficult to simulate the behavior completely. In this report, using the 3-dimensional code of the Distinct Element, Method which has been developed by the author, the size segregation during the filling and the convection by the vertical vibration are simulated. The result of the simulation is compared to experimental results presented by Gotoh et al. about size segregation. The validity of the numerical results is shown and the mechanism of the behavior is investigated. In the case of convection, the experiment performed by Ehrichs et al. is simulated. The numerical result indicates that the mechanism is a repetition of a similar movement per vibration cycle, and that the driving force of convection is the different movements between the central particles and those near the wall. This mechanism is correlated to that proposed by Taguchi using 2-D models.
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