Tesis doctoral de César Emilio Dávalos Chargoy
El objetivo principal de este trabajo es presentar una nueva metodología para la simulación de procesos industriales que involucren flujos de materiales granulares, mediante un modelo numérico basado en el método de elementos finitos de partículas (pfem, por sus siglas en inglés). Los resultados numéricos que se presentan en este documento, muestran el potencial de aplicar esta metodología a diferentes ramas de la industria. Debido a la riqueza fenomenológica exhibida por los materiales granulares, el presente trabajo se centrará exclusivamente en la simulación de flujos granulares densos sin cohesión. el modelo numérico se basa en un enfoque del medio continuo, en el marco teórico de plasticidad en grandes deformaciones. Para el modelo constitutivo, la función de fluencia se define en el espacio de tensiones mediante una superficie de fluencia del tipo drucker-prager caracterizada por dos parámetros constitutivos, la cohesión y el coeficiente de fricción interna, y equipado con una regla de flujo desviadora no asociada. Esta condición de flujo plástico se considera incompresible, por lo que se propone su integración mediante una formulación mixta del tipo y estabilizando la expresión de la presión a través de una proyección polinomial (polynomial pressure projection, ppp). A su vez, se propone una regularización visco-plástica con el fin de caracterizar la no linealidad de la velocidad de cizallamiento del material cuando fluye. la integración numérica se desarrolla en el marco de la técnica impl-ex, aumentando la robustez y reduciendo el número de iteraciones, en comparación con un esquema típico de integración implícito. La discretización espacial se aborda en el marco del pfem, permitiendo el manejo de grandes deformaciones y del movimiento asociado a los flujos granulares con una distorsión mínima de las mallas de elementos finitos. La triangulación de delaunay y el proceso de reconexión minimizan tales distorsiones pero no aseguran su eliminación; por esto, se propone una discretización en partículas del dominio dinámica y constante, regularizando de esta manera, la suavidad y la densidad de las partículas en la malla. Asimismo, se propone un método para asegurar la conservación de las superficies materiales por medio de una restricción de la frontera, evitando de esta manera, su definición geométrica a través del método clásico a-shape. para el modelado de la interacción entre el material granular y las superficies de su confinamiento, se apuesta por un método basado en el contact domain method (cdm) que permite el acoplamiento de ambos dominios en términos de una región intermedia que conecta las superficies potenciales de contacto siendo este dominio de la misma dimensión que los cuerpos en contacto. El modelo constitutivo a emplear para el dominio de contacto se plantea de manera similar al del material granular, definiendo una correcta representación del ángulo de pared. con el fin de validar el modelo numérico, se llevó a cabo una comparación entre los resultados experimentales de la difusión o desmoronamiento de una masa granular en un plano horizontal y las predicciones obtenidas mediante la simulación por medio de elementos finitos. Este conjunto de ejemplos nos permite validar el modelo acorde a la predicción de las diferentes condiciones de la cinemática de los materiales granulares: desde una condición de confinamiento, a una transición hacia el flujo granular y de nuevo, a un estancamiento del material hasta definir su depósito final. el potencial del método numérico, para la solución y optimización de los problemas industriales que involucran flujos granulares, se logra enfocándose en dos aplicaciones industriales específicas en la industria minera y la fabricación de pellets: la descarga de un silo y el cálculo del consumo de energía en molinos rotacionales. Ambos ejemplos son representativos en cuanto a los flujos granulares en la industria debido a la presencia de variaciones en su respuesta mecánica.
Datos académicos de la tesis doctoral «Particle finite element methods for modelling granular material flows«
- Título de la tesis: Particle finite element methods for modelling granular material flows
- Autor: César Emilio Dávalos Chargoy
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 19/06/2014
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Juan Carlos Cante Teran
- Tribunal
- Presidente del tribunal: sergio Idelson barg
- pí¤r Jonsén (vocal)
- (vocal)
- (vocal)