Effect of sample width and shape of particles on uniaxial compression of bedding of granular material

Celem prezentowanego projektu było badanie związku przebiegu testu jednoosiowego ściskania złoża materiału sypkiego z kształtem cząstek i szerokością prostopadłościennej komory pomiarowej. Komora miała wysokość i głębokość 0,12 m oraz szerokość (drugi wymiar poziomy) nastawny w zakresie 0 do 0,12 m. Wykonano pomiary laboratoryjne jednoosiowego ściskania na złożach bliskich kształtu sferycznego nasion grochu oraz wyraźnie niesferycznych nasion fasoli. Otrzymano wartości ilorazu naporu dla nasion fasoli w przybliżeniu 0,5, zaś dla grochu niższe, w przybliżeniu równe 0,4. Podobne tendencje były obserwowane wcześniej w badaniach nasion rzepaku i pszenicy. Wykonano symulacje numeryczne eksperymentów laboratoryjnych w złożu kul oraz zlepków trzech kul modelujących cząstki wydłużone. Analizowano przebiegi charakterystyk ilorazu naporu k od naporu pionowego. Testy numeryczne potwierdziły tendencje obserwowane w eksperymentach. Iloraz naporu w przypadku cząstek kulistych szybko rósł ze wzrostem szerokości próbki do około 2 wymiarów cząstki, po przekroczeniu tego wymiaru zmiany były niewielkie. W złożach cząstek niekulistych iloraz naporu był wyższy już w wąskich próbkach przy czym iloraz naporu rósł ze wzrostem współczynnika wydłużenia. Tak w pomiarach laboratoryjnych, jak i w symulacjach obserwowano silne fluktuacje obciążenia pionowego związane ze zmianami sieci kontaktów.Uniaxial compression characteristics of granular material were examined as influenced by the shape of particles and the width of cuboidal chamber of the apparatus. The chamber was 0.12 m high and wide, while its width was adjustable in a range from 0 to 0.12 m. Testing was performed on nearly spherical pea seeds and on clearly oblong bean seeds. Numerical simulations of laboratory tests were conducted using the discrete element method (DEM) on assemblies of spheri-cal particles of aspect ratio λ = 1.0 or on assemblies of elongated particles in the form of clusters of three coaxial spheres having aspect ratios λ = 1.3 or λ = 1.6. Asymptotic values of k in laboratory testing were found approximately 0.4 for pea seeds and approximately 0.5 for bean seeds. Similar tendencies were observed earlier in testing of wheat and rapeseeds. The results of numerical simulations were found to be in qualitative agreement with the results of laboratory testing performed. Values of pressure ratio k increased sharply with an increase in sample width up to approximately two particle diameters, and changed only slightly after surpassing this value. In assemblies of elongated particles k stabilised in narrower samples, and pressure ratio increased with an increase in λ . In laboratory testing as well as in numerical simulations strong fluctuations of values of normal load were observed, probably due to rearrangements of contact network