Mechaniczne właściwości roślinnych materiałów sypkich ujęcie cięgle i dyskretne

roślinne materiały sypkie, mechanika materiałów sypkich, metoda elementów dyskretnych

Celem niniejszego opracowania było przedstawienie obecnego stanu wiedzy na temat mechanicznych właściwości materiałów rozdrobnionych, ze szczególnym uwzględnieniem materiałów pochodzenia roślinnego. Głównymi cechami odróżniającymi materiały sypkie pochodzenia biologicznego od materiałów mineralnych są: silny wpływ współczynnika wilgotności nasion na ich właściwości mechaniczne oraz duża odkształcalność nasion. Wspomniane różnice stanowią źródło pewnych szczególnych zachowań materiałów oraz determinują wybór modelu kontaktu i techniki obliczeniowej w badaniu ośrodków rozdrobnionych pochodzenia roślinnego. Niniejsze opracowanie prezentuje wąski zakres wiedzy, odnoszącej się do zjawisk i procesów badanych przez autorów podczas badań laboratoryjnych oraz niezbędnej w rozwiązaniach praktycznych. W opracowaniu przedstawiono główne teoretyczne podejścia - ciągłe (continuum) i dyskretne. Teoria continuum, która traktuje złoże materiału jako całość, jako ciało stałe lub ciecz, jest najstarszym podejściem naukowym wykorzystywanym do przewidywania zachowań ośrodków rozdrobnionych. Podejście ciągłe umożliwiło rozwiązanie wielu problemów technologicznych, jednak nie może być ono stosowane gdy przebieg analizowanego procesu determinowany jest przez oddziaływania zachodzące między elementami ośrodka. Modelowanie pojedynczych elementów złożonego ośrodka umożliwia podejście dyskretne. Techniką numeryczną, pozwalającą na analizę ruchu każdej z cząstek ośrodka oraz dostarczającą szczegółowych informacji o zachowaniu elementów złoża jest, zaproponowana w 1979 roku, Metoda Elementów Dyskretnych (DEM). Trajektorie ruchu oraz obroty cząstek wyznaczane są poprzez numeryczne całkowanie równań ruchu względem czasu. Moc obliczeniowa dostępnych dziś procesorów umożliwia realizację symulacji procesów w ośrodkach tworzonych przez kilkadziesiąt tysięcy sfer lub elipsoid. Zważywszy na fakt, iż masa 1000 nasion pszenicy wynosi w przybliżeniu 40 g, zaś ośrodek o masie 40 kg zawiera około 1 miliona nasion, poszukiwanie metod ograniczania czasu symulacji oraz wymaganej mocy obliczeniowej pozostaje wciąż dużym wyzwaniem. Źródłem sukcesu badania zachowania materiałów sypkich poprzez użycie Metody Elementów Dyskretnych jest prawidłowe zastosowanie koncepcji wywodzących się z różnych dziedzin nauki i inżynierii: mechaniki ośrodków ciągłych, mechaniki zderzenia, mechaniki kontaktu, wytrzymałości materiałów oraz programowania. Niniejsza praca zawiera krótki opis najbardziej popularnych podejść teoretycznych, przedstawia znane metody i urządzenia wykorzystywane do wyznaczania parametrów materiałowych oraz interesujące wyniki modelowania roślinnych materiałów roślinnych metodą elementów dyskretnych.