蛋形顆粒與多面體塊體之數值模擬

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：44

、訪客IP：3.147.68.39

姓名

陳昭雄(Chao-hsiung Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

蛋形顆粒與多面體塊體之數值模擬
(Numerical Simulation for Granular Assemblies Composed of Egg-shaped Particles and Polyhedron Blocks)

相關論文

★ 貼片補強構件之層間應力分析	★ 軌道不整檢測及識別方法
★ 混凝土結構分析之三維等效單軸組成材料模型	★ 卵形顆粒法向與切向接觸之等效線性彈簧值之推導與驗證
★ 以四面體離散化多面體系統之接觸分析與模擬	★ 軌道車輛三維動態脫軌係數之在線量測理論
★ 向量式DKMT厚殼元推導與模擬	★ 向量式預力混凝土二維剛架元之數值模擬與驗證
★ 向量式有限元應用於懸索橋非線性動力分析	★ 蛋形顆粒群之流固耦合分析
★ 複合版梁元素分析模型之橋梁動態識別法	★ 三維等效單軸應變與應力之材料組成模型
★ 人行吊橋的現有內力評估及動力分析	★ 薄殼結構非線性運動之向量式有限元分析法
★ 雷射掃描技術於鋼軌磨耗之檢測	★ 動態加載下的等效單軸應變與應力材料組成模型

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

自然界中許多材料是離散體，例如砂土和岩石，擁有許多不同的形狀。對於數值模擬分析上，以分離元素法來模擬較為合適。前人研究混合型剛體顆粒系統之數值模擬與卵形顆粒介質運動之數值模擬，本研究將兩者研究之成果結合並修改。並且加上可以排列顆粒在空中之前處理程式，使顆粒在模擬開始前即可以隨機排列且不會重疊，後處理則修改前人使用MATLAB寫出之動畫程式，使其可以畫出多面形塊體。
本研究主要將卵形顆粒和多面塊體接觸判斷完成，卵形顆粒與橢球顆粒一樣係由四圓弧逼近法所形成，然而橢球顆粒只是卵形顆粒的特例形狀。將卵形顆粒加入到混合型剛體顆粒系統可以讓其更為廣義。卵形顆粒的球面與弧面分別可能會和多面形塊體的(1) 頂點(2) 稜線(3) 面接觸，然而卵形顆粒和多面形塊體稜線或面接觸時，程式可能會誤判在範圍之外接觸，於是必須加入界內外判斷。在程式完成後，以不同的算例來驗證程式的正確性，包含: (1) 卵形顆粒拋體運動驗證 (2) 多面形剛體與卵形顆粒碰撞的線動量守恆 (3) 摩擦力驗證。在確認程式無誤之後，使用程式模擬巴西堅果效應，在尺寸不同的混合顆粒中，經過震動後，體積較大的顆粒會往上運動，在自然界也會發生這種狀況，例如土石流發生時，大的石頭會在上層，小的石頭會在下層。

摘要(英)

Many materials in the world are discrete material, such as sand and rocks which always get irregular shape. It is proper to discrete element method for numerical simulation. The main idea of this thesis is combination the achievement of “Numerical Simulation for Granular Assemblies Egg-shaped Particle” and ” Numerical Simulation for Granular Assemblies with Mixed 3D Rigid Body ”. In addition, add the pre-processor code to arrange the position of the particles and prevent the particle overlap when the code assigns the position of the particle. In the post-processor part, the animate code is expanded the polyhedron block.
Actually, the main idea of this research is accomplishment of the contact detection between the egg-shaped particle and polyhedron block. The egg-shaped particle is formed by four-circle approximation method so as to form the ellipsoid. The ellipsoid only is the special case of the egg-shaped particle. Thus the “Numerical Simulation for Granular Assemblies with Mixed 3D Rigid Body” is more generalized. The egg-shaped particle would contact with the polyhedral block in these three ways: (1) ball- vertex (2) curve-vertex (3) ball-edge (4) curve-edge (5) ball-plane (6) curve-plane. When the egg-shaped particle contact with the edge of the polyhedron block or the plane of the polyhedron block, it could detect the out range of the polyhedron block as contact. So it must be to add the mechanism to detect the contact point inside or outside. After finishing the code, there are three examples to test the correction of the code. (1) projectile of the egg-shaped particle (2) the linear momentum equilibrium of the collision of polyhedron block and the egg-shaped particle (3) friction test. This research simulates the Brazil nut effect. After shaking the particle assemblies , the bigger particle would motion to the upper of the particle assemblies. Many examples occur the Brazil nut effect in the world. For example, the mud slide is. The bigger rocks would appear upper portion of the rocks.

關鍵字(中)

★ 分離元素法
★ 卵型顆粒
★ 多面形塊體
★ 接觸判斷
★ 巴西堅果效應

關鍵字(英)

★ Brazil nut effect
★ polyhedron block
★ egg-shaped particle
★ contact detection
★ discrete element method

論文目次

目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
誌謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
表目錄 Ⅸ
圖目錄 XI
第一章緒論
1.1前言 1
1.2研究動機與目的 2
1.3研究工具 3
1.4論文內容 3
第二章文獻回顧
2.1分離元素法發展過程 4
2.1.1 二維圓盤顆粒系統 5
2.1.2 二維橢圓顆粒 6
2.1.3 二維複合顆粒 6
2.1.4 二維塊體系統 7
2.1.5 三維圓球顆粒系統 8
2.1.6 三維橢球顆粒系統 8
2.1.7 三維卵球顆粒系統 9
2.1.8 三維混合剛體系統 9
第三章混合型剛體接觸判斷理論
3.1 顆粒和顆粒接觸判斷 10
3.1.1 顆粒生成 10
3.1.2 顆粒球面-顆粒球面之接觸判斷 11
3.1.3 顆粒弧面-顆粒弧面之接觸判斷 11
3.1.4 顆粒球面-顆粒弧面之接觸判斷 13
3.2多面形塊體間的接觸判斷 13
3.3塊體與卵球的接觸判斷 14
3.3.1塊體頂點與卵球之接觸判斷 15
3.3.2塊體平面與卵球之接觸判斷 18
3.3.3塊體稜邊與卵球之接觸判斷 20
3.4塊體與扁橢球的接觸判斷 21
3.5剛體時間步程內運動分析 22
3.5.1接觸力計算 22
3.5.2能量耗損機制 23
3.5.3尤拉運動方程式 25
3.6前處理程式介紹 27
3.6.1剛體在空間排列 28
3.6.2顆粒隨機旋轉 29
3.7 程式流程 29
第四章共平面法與直接法的比較
4.1 共平面法想法來源 32
4.2共平面法的目的 33
4.3共平面法名詞定義 33
4.4真正共平面的條件 34
4.5尋找共平面的步驟 34
4.6共平面法的優缺點 37
4.7圖說共平面法 38
4.7.1參考點平移 38
4.7.2頂點對頂點 39
4.7.3頂點對稜邊 40
4.7.4稜邊對稜邊 42
4.8其他共平面法介紹 43
4.8.1快速共平面法 44
4.8.2最小距離法 44
4.9共平面法與直接法的比較 46
4.10直接法接觸判斷加速 49
4.11直接法接觸判斷加速成果 50
第五章程式驗證
5.1卵球對塊體線動量守恆 52
5.1.1卵球球面-塊體頂點 52
5.1.2卵球弧面-塊體頂點 54
5.1.3卵球球面-塊體平面 56
5.1.4卵球弧面-塊體平面 57
5.1.5卵球球面-塊體稜邊 58
5.1.6卵球弧面-塊體稜邊 60
5.2拋體運動模擬 62
5.3斜向碰撞驗證 66
5.4摩擦力驗證 69
5.5程式極限測試 73
第六章程式應用分析
6.1巴西堅果效應模擬 74
6.2漏斗模擬 81
第七章結論與建議
7.1 結論 82
7.2 建議 83
參考文獻 84

參考文獻

參考文獻
1. 王泉博，「二維圓盤顆粒之堆積模擬與應用」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，中壢(1996)。
2. 李宗龍，「橢圓顆粒介質體運動之數值模擬」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，中壢(1997)。
3. 李承恩，「三維球形顆介質體變形分析」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，中壢(1997)。
4. 劉建宏，「橢球顆粒介質體運動之數值模擬」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，中壢(1998)。
5. 陳俊全，「混合型橢球顆粒介質體運動之數據模擬」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，中壢(1999)。
6. 許秀真，「剛性多面體系統之數值模擬」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，中壢(2000) 。
7. 張義隆，「以複合圓形顆粒模式探討粒狀材料之力學行為」，博士論文，國立中興大學土木工程研究所，台中(2003) 。
8. 林佳宏，「混合型剛體顆粒系統之數值模擬」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，中壢(2006) 。
9. 林昇鴻，「蛋形顆粒介質運動之數值模擬」，碩士論文，國立中央大學土木工程研究所，中壢(2006) 。
10. 陳筱葳，「二維圓盤柔性約束結構之模擬」，碩士論文，中原大學土木工程研究所，中壢(2006) 。
11. 吳柏翰，「三維圓球顆粒運動之數值模擬」，碩士論文，中原大學土木工程研究所，中壢(2008) 。
12. Cundall, P. A., “A Computer Model of Simulating Progressive Large Scale Movement in Blocky Rock System,” Symposium of International Society of Rock Mechanics, Nancy, France, pp. 11-19(1971).
13. Cundall, P. A., and O. D. L. Strack, “A Discrete Numerical Model for Granular Assemblies,” Geotechnique, Vol. 29, No. 1, pp. 47-65 (1979).
14. Cundall, P. A., and O. D. L. Strack , “Modeling of Microscopic Mechanisms in Granular Material.” Mechanics of Granular Materials: Mew Models and Constitutive Relations, Amsterdam, Netherlands, pp. 137-149 (1983).
15. Lin, J.-S., and S. Chen, “Discrete Element Modeling Of Direct Shear and Simple Shear Tests,” Proceedings of the 2nd Int. Conference on DEM, IESL Publications, pp. 245-252 (1993).
16. Rothenburg, L., and R. J. Bathurst, “Numerical Simulation of Idealized Granular Assemblies With Plane Elliptical Particles,” Computers and Geotechnics, Vol. 11, pp. 315-329 (1991).
17. Shi, G.-H., “Discontinuous Deformation Analysis, A new Numerical Model for the Static and Dynamics of Block systems,” Ph. D. Thesis, Department of Civil Engineering, University of California at Berkeley(1988).
18. Wang, C.-Y., and V.-C. Liang, “A Packing Generation Scheme for the Granular Assemblies With Planar Elliptical Particles,” International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol. 29, pp. 347-358 (1997).
19. Ng, T.-T., and X. Lin, “ Numerical Simulations of Naturally Deposited Granular Soil with Ellipsoidal Elements,” Proceedings of the 2nd Int. Conference on DEM, IESL Publications, pp. 557-567 (1993).
20. Tran, T. X., and R. B. Nelson, “Analysis of Particle Disjoint Two-Dimensional Assemblies.” Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 122, No. 12, pp. 1139-1148 (1996).
21. Cundall, P. A., “Formulation of a Three-dimensional Distinct Element Model-Part I.A Scheme to Detect and Represent Contacts in a System Composed of Many Polyhedral Blocks.”International J. Rock Mechanics Sci. & Geomech. Abstr., Vol. 25, No. 3, pp.107-116(1988).
22. Cundall, P. A., “Formulation of a Three-dimensional Distinct Element Model-Part II. Mechanical Calculations for Motion and Interaction of a System Composed of Many Polyhedral Blocks. ”International J. Rock Mechanics Sci. & Geomech. Abstr., Vol. 25, No. 3, pp.117-125(1988).
23. Nezami, E. G., Hashash, Y. M.A., Zhao, Dawei ,and Ghaboussi, J., “A fast contact detection algorithm for 3-D discrete element method” Computers and Geotechnics, Vol.31, PP.578-587(2004).
24. Nezami, E. G., Hashash, Y. M.A., Zhao, Dawei ,and Ghaboussi, J., “Short link method for contact detection in discrete element method” International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, Vol.30, PP.783-801(2006).
25. Oldenburg, M., and L. Nilsson, “The Position Code Algorithm for Contact Searching,” Int. J. Numer. Meth. Engng., Vol. 37, pp. 359-368 (1994).
26. Wang, S.P., and E. Nakamachi, “The Inside-Outside Contact Search Algorithm,” Int. J. Numer. Meth. Engng., Vol. 40, pp. 3665-685(1997)
27. Gallas, J. A. C., Herrmann, H. J., and Sokolowski, S., “Convection Cells in vibrating Granular Media,” Physical review letters, Vol.69, pp.1371-1374(1992)
28. Ellenberger, J., Vandu C.O., and Krishna, R., “Vibration-induced granular segregation in a pseudo-2D column: The (reverse) Brazil nut effect,” Powder technology, Vol.164, pp.168-173(2006)

指導教授

盛若磐、王仲宇
(Jopan Sheng、Chung-Yue Wang)

審核日期

2009-1-16

推文