Elastic material properties of sand piles of soft convex polygonal particles

Wir untersuchen die effektiven Materialeigenschaften von Sandhaufen aus weichen konvexen polygonalen Partikeln numerisch mit der Diskrete-Elemente-Methode (DEM). Wir konstruieren zunächst zwei Arten von Sandhaufen mit zwei verschiedenen Verfahren. Anschließend messen wir die gemittelte Spannung und Dehnung, letztere durch Auferlegung einer 10%igen Schwerkraftreduktion, sowie den Gewebespannungstensor. Darüber hinaus vergleichen wir den vertikalen Normaldehnungstensor zwischen den Sandhaufen qualitativ und zeigen, wie die Konstruktionsgeschichte der Pfähle ihre Dehnungsverteilung sowie die Spannungsverteilung beeinflusst. Im nächsten Schritt bestimmen wir die elastischen Konstanten unter der Annahme des Hooke'schen Gesetzes für alle Sandhaufen und den Zusammenhang zwischen den elastischen Materialkoeffizienten und dem Gewebesensor. Wir stellen fest, dass der Bulkmodul des Sandhaufens, d.h. die Steifigkeit des Granulats, eine lineare Funktion der Spur des Fabric-Tensors ist. Wir bestimmen die Beziehung zwischen den Invarianten des Spannungs- und Dehnungstensors und stellen fest, dass das Verhalten nichtlinear ist, was bedeutet, dass wir in der Nähe der Mitte des Haufens ein lineares elastisches Verhalten haben und ein nichtlineares Verhalten, das den Übergang zum plastischen Verhalten in der Nähe der Oberfläche der Sandhaufen ankündigt, das gleiche Verhalten, das von Cantelaube et al. angenommen wurde.