DEM Modelling of the Digging Process of Gravel: Influence of Particle Roundness

Miyai, Shinichiro; Katsuo, Tetsuya; Tsuji, Tomohiro; Takayama, T.; Танака, Тадатсугу

doi:10.1039/9781849735032-00141

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“…粉体層へ物体を貫入させると，粉体層を構成している粒子との相互作用により物体に力が生じる [1][2][3]。その発生機構の詳細を解明することは，建設・鉱山機械の掘削抵抗力の低減 [4,5]，地盤中の杭の支持力の確保 [6]，コーン貫入試験の精度向上 [7]，不整地上を移動するロボットの推進力の発生 [8]などにおいて大変重要である。これまでさまざまな基礎研究が行われており，貫入深さが比較的浅い場合は，貫入深さや貫入物形状 [9]，貫入速度 [10] の影響を特に受けることが報告されている。一方，高充填の粉体層への貫入時には，層内に不連続にせん断帯が形成され，それに伴う作用力変動が生じることが報告されている [11] (1) ω T = ω i − ω j ⋅ n i j n i j (2)…”

Section: 緒言unclassified

Influence of Angle on Plate Penetration into Dense Granular Materials (Large-scale DEM Simulation Using Real Particle Size)

et al. 2019

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Plate penetration into dry granular materials is numerically studied using a large-scale discrete element method (DEM). To investigate the effects penetration angle on the interactions between particles and the plate, the simulations with the different angles from 0 (vertical penetration) to 60 degree are compared. The results show that the drag force acting on the plate increases with a decrease in the penetration angle. For all cases, the formation of shear bands from the plate tip to the free surface in the bed is confirmed. The analysis of energy consumption in the bed shows that most of the energy input to the bed by the plate is locally dissipated by sliding frictions between particles in shear bands. As the penetration angle decreases, the amount of energy dissipation due to the friction increases in the shear bands formed near the plate tip. して物体が垂直方向に貫入する場合に限られており，貫入角度がおよぼす影響についてほとんど検討されていない。建設・鉱山機械の掘削をはじめとして，物体が傾きをもって貫入するような状況は数多く存在することから，貫入角度が粒子と貫入物間の相互作用へ与える影響を検討することは重要である。 Wei ら[12]は，地盤調査法の一種であるコーン貫入試験を対象とし，三次元有限要素法をベースとした数値解析により貫入角度の影響を検討した。水平な土砂層表面に対して，垂直な場合と，傾けて貫入した場合の結果を比較しており，貫入角度が大きくなるにつれて，貫入抵抗力が大きくなったと報告している。また，地盤内の初期応力状態の影響についての検討もあわせて行っており，地盤内の垂直方向応力が水平方向応力に対して相対的に大きくなるに従い，貫入抵抗力が大きくなることを示した。Jiang ら[13]は，二次元の離散要素法(Discrete element method: DEM)により，コーン貫入を対象として貫入角度依存性を検討した。先端面に作用する貫入抵抗力は， Wei らの結果と同様に貫入角度が大きくなるに従い大きくなり，貫入方向に垂直な方向に作用する力(揚力)についても，垂直貫入の場合はほぼ 0 であるのに対して，貫入角度に応じて大きくなることを示した。さらに，これらの作用力の貫入角度依存性は，貫入深さが小さいほど顕著であるとも報告している。粉体層内の粒子挙動の観察より，傾斜側とその反対側で粒子運動が大きく異な

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