شبیه‌سازی رفتار دینامیکی مصالح دانه‌ای به روش اجزای منفصل

خاک‌های دانه‌ای، پاسخ‌های ماکروسکوپیک پیچیده‌ای تحت بارگذاری‌های لرزه‌ای دارند. با توجه به کاربردهای فراوان نتایج حاصل از آزمایش سه محوری دینامیکی، نیاز به مدل‌سازی عددی این آزمایش برای سهولت در پیش بینی رفتار خاک‌ها و کاهش هزینه‌های انجام آزمون‌های آزمایشگاهی احساس می‌شود. هدف از انجام این پژوهش، ارزیابی توانایی روش اجزای منفصل در مطالعه رفتار دینامیکی ماسه به کمک شبیه‌سازی تعدادی آزمایش سه محوری دینامیکی زهکشی شده تنش کنترل در شرایط سه بعدی می‌باشد. همچنین تاثیر پارامترهایی نظیر تعداد سیکل‌های بارگذاری، تراکم نسبی خاک، نسبت تنش تناوبی اعمال شده، شکل ذرات و نحوه بارگذاری بر ویژگی‌های دینامیکی خاک دانه‌ای (مدول برشی و نسبت میرایی) نیز در این مطالعه مد نظر قرار گرفته است. نتایج نشان می‌شود که شبیه‌سازی عددی به روش اجزای منفصل می‌تواند تغییرات ویژگی‌های دینامیکی خاک نسبت به متغیرهای در نظر گرفته شده را با دقت قابل قبولی ارائه کند. مقایسه نتایج تجربی موجود در متون فنی و مدل‌سازی‌های عددی انجام شده در این پژوهش نشان می‌دهد که در نسبت تنش تناوبی و تخلخل یکسان، نرخ کاهش مدول برشی و افزایش نسبت میرایی با کرنش برشی برای نمونه ها با ذرات غیرکروی بیشتر از ذرات کروی است. نسبت تنش تناوبی اعمالی تاثیر قابل توجهی بر مدول برشی، نسبت میرایی و متوسط تعداد تماس‌ها در نمونه‌ها ندارد. متوسط تعداد تماس‌ها در نمونه با ذرات کروی و غیرکروی (در نسبت تخلخل0/3) در انتهای آزمایش به ترتیب 7/7 و 6/4 به دست آمده است. در شرایط یکسان، نمونه با ذرات غیر کروی دچار تغییر شکل بیشتری شده است.

discrete element method simulation of dynamic behavior of granular materials

the granular soil has a complex macroscopic response under seismic loading. due to the many uses of the results of cyclic triaxial tests, the numerical modeling of these tests is needed to facilitate the prediction of soil behavior and reducing the cost of laboratory tests. the aim of the present research is to evaluate the ability of the discrete element method to investigate the dynamic behavior of sand by simulating a number of drained stress-controlled cyclic triaxial tests under three-dimensional conditions. in addition, the effect of parameters such as the number of loading cycles, soil relative density, cyclic stress ratio, particle shape and loading paths on the dynamic properties of soil (shear modulus and damping ratio) is also considered. the results indicate that numerical simulation by the discrete element method can accurately represent the variations of soil dynamic properties with the considered variables. the comparison of experimental results from the literature and numerical models carried out in this study shows that the rate of decreasing in shear modulus and increasing in damping ratio of the samples with non-spherical particles with shear strain is higher in the given cyclic stress ratio and porosity. the cyclic stress ratio does not significantly affect the shear modulus, damping ratio and the coordinate number of samples. the coordinate number of the sample with spherical and non-spherical particles (e=0.3) is obtained 7.7 and 6.4, respectively, at the end of the simulation test. in the same condition, the samples with non - spherical particles have undergone more deformations.