Simulation study on micro and macro mechanical behaviour of sand piles

Wir untersuchen numerisch das mikro- und makromechanische Verhalten von nicht kohäsiven granularen Materialien, insbesondere im statischen Grenzbereich. Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir numerische Simulationen durchgeführt, die zweidimensionale "Sandhaufen" aus mehreren Tausend konvexen polygonalen Partikeln mit unterschiedlichen Formen, Größen und Eckenzahlen erzeugen, wobei wir einen auf weichen Partikeln basierenden Ansatz mit diskreten Elementen verwenden. Wir betonen, dass die Verschiebungsfelder (Dehnungen) im Inneren von Sandpfählen nicht in Experimenten an Sandpfählen gemessen wurden. Die Mittelwertbildung wird durch die Einführung eines repräsentativen Volumenelements (RVE) reproduzierbar gemacht, dessen Größe wir durch sorgfältige Messungen bestimmen. Die Spannungstensoren werden sowohl für symmetrische als auch für asymmetrische Sandhaufen in zweidimensionalen Systemen untersucht, bei denen die Partikel von einer Punktquelle fallen gelassen werden. Außerdem bestimmen wir den Gewebespannungstensor im Inneren der Sandhaufen. Ein überraschender Befund ist das Verhalten der Kontaktdichte in dieser Art von Haufen, die dort zunimmt, wo der Druck am geringsten ist. Der Gewebetensor ist linear proportional zum Produkt aus dem Volumenanteil und der mittleren Koordinationszahl für einen Haufen, der aus einer monodispersen Mischung von Teilchen besteht. Wir stellen fest, dass die makroskopischen Spannungs-, Dehnungs- und Gewebetensoren in den Sandhaufen nicht kollinear sind.