محاكاة عملية الضغط

الموسوعة الحرة

محاكاة الضغط هي نمذجة المواد الحبيبية عند ضغطها إلى حالة كثيفة، وذلك من خلال تقليل الفراغات الهوائية. ويُستخدم المصطلح أيضاً للدلالة على الضغط باستخدام جهاز محاكاة الضغط . وهو عبارة عن مكبس عالي الأداء قابل للبرمجة ومتحكم به آلياً، يُستخدم لمحاكاة مكابس الإنتاج، وخاصة في الصناعات الدوائية، والمحفزات، والبطاريات، والمغناطيسات.

تتضمن عملية الضغط ثلاث مراحل: التعبئة، والضغط، والإخراج. خلال عملية الضغط، إذا ازداد ضغط التحميل بشكل مطرد، فإن مجموعة المسحوق ستمر بثلاث مراحل. أولاً، تملأ الجزيئات الفراغات وتتصل بالجزيئات المجاورة. تُسمى هذه المرحلة بمرحلة إعادة الترتيب. بعد اكتمال معظم الاتصالات، يبدأ الضغط الأولي. يحدث تشوه مرن وتشوه لدن ، ويزداد ضغط التحميل بشكل حاد. المرحلة الثالثة هي التكسير، حيث تتكسر الجزيئات إلى أجزاء.

طريقة العناصر المنفصلة (DEM) هي نموذج عددي صريح قادر على تتبع حركة وتفاعل الجسيمات الفردية المُنمذجة. [ 1 ] وقد حسّنت طريقة العناصر المنفصلة فهمنا للأنظمة الحبيبية بشكل كبير من خلال إنتاج تنبؤات كمية بدلاً من الوصف النوعي فقط، كما زادت من فهمنا لتجمعات الجسيمات من خلال توفير معلومات مجهرية وكلية. [ 2 ] [ 3 ] وقد ثبت أن طريقة العناصر المنفصلة ذات إمكانات كبيرة في المهام العلمية والصناعات، [ 4 ] [ 5 ] بما في ذلك الهندسة الكيميائية والميكانيكية، وصناعة الأغذية، وعلوم الأرض، والزراعة.

يمكن حساب الحركة الانتقالية والدورانية لكل جسيم باستخدام قانون نيوتن الثاني للحركة . وتشمل القوى المؤثرة عادةً قوة الجاذبية وقوى التلامس بين الجسيمات، بما في ذلك القوة العمودية والقوة المماسية. أما القوى الأخرى فتشمل قوة فان دير فالس وقوة الخاصية الشعرية في حالة الجسيمات الدقيقة والرطبة على التوالي.

تتضمن عملية المحاكاة بأكملها الضغط والتكسير، وتتألف من أربع مراحل: التعبئة، والضغط، والاسترخاء، والسحق. في بداية مرحلة التعبئة، يتم توليد الجسيمات المُنمذجة عشوائيًا في مساحة مربعة، وتُترك لتسقط بفعل الجاذبية بسرعة ابتدائية منخفضة لتشكيل طبقة مضغوطة. لا يوجد تداخل بين الجسيمات والجدران. بعد ذلك، يتم ضغط طبقة التعبئة بواسطة سطح مُنمذج بسرعة منخفضة، غالبًا ما تكون 10d/s. عندما تصل كثافة المادة المضغوطة إلى القيمة المُحددة، على سبيل المثال 0.75، تتوقف عملية التحميل ويرتفع السطح بسرعة 5d/s. تنتهي مرحلة الضغط عندما يبتعد السطح العلوي عن أعلى جسيم. في الأبحاث الحديثة، تُستخدم حدود دورية خلال مرحلتي التعبئة والضغط لاستبعاد تأثير الجدار.

مراجع

  1. ↑ كوندال، بي إيه و أو دي إل ستراك، نموذج عددي منفصل للتجمعات الحبيبية. جيوتكنيك، 1979. 29(1): ص. 47–65.
  2. ↑ HJ Herrmann, J.-PH, and S. Luding., Physics of dry granular media - NATO ASI Series E 350. 1998, Dordrecht: Kluwer Acad. Publ.
  3. ↑ PA Vermeer, SD, W. Ehlers, HJ Herrmann, S. Luding, and E. Ramm., Continuous and Discontinuous Modelling of Cohesive Frisal Materials. 2001, Berlin: Springer.
  4. ↑ أودا، م. وكازاما، هـ.، البنية المجهرية لأحزمة القص وعلاقتها بآليات التمدد والانهيار في التربة الحبيبية الكثيفة. جيوتكنيك، 1998. 48(4): ص. 465–481.
  5. ↑ ثورنتون، سي.، المحاكاة العددية لتشوه القص الانحرافي للوسائط الحبيبية. جيوتكنيك، 2000. 50(1): ص. 43–53.