Simulação de materiais granulares: uma abordagem tridimensional

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Data

2023-02-10

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Editor

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais

Resumo

A partir do aumento da capacidade de processamento computacional e do desenvolvimento de programas de modelagem e renderização tridimensional, aliados aos conceitos físicos e matemáticos relacionados a materiais granulares, melhorias em ferramentas de simulação estão alavancando conhecimento nesta área. Neste trabalho, é executado um processo de simulação tridimensional de materiais granulares utilizando o programa Blender™ com um código adicional de cálculos para interação entre grãos (chamado Molecular Script Addon) e consequente análise de resultados. Foi desenvolvido um código em Python agregado ao programa para a montagem inicial dos experimentos, visualização da simulação e extração dos resultados, baseado no Método dos Elementos Discretos. Na simulação executada, inicialmente 2000 grãos são depositados em um funil; em seguida, os grãos fluem através da abertura inferior e, por fim, são depositados em uma superfície plana. Foi testada a sensibilidade dos resultados em relação à variação dos seguintes parâmetros: ângulo de inclinação das paredes do funil, atrito entre os grãos e posição de acomodação inicial dos grãos no funil (para verificar a repetibilidade das amostras). Para avaliação dos resultados, foram medidas características físicas e estruturais, tais como o tempo de escoamento total em função do ângulo de inclinação das paredes do funil e do atrito entre grãos, o ângulo de repouso da pilha formada, a forma da pilha em vista superior e o mapa de velocidade do fluxo de grãos em função do tempo. Como resultado, foi possível verificar a funcionalidade e a repetibilidade das simulações utilizando o Blender™. O resultado dos experimentos apresentou uma correlação direta entre o tempo total de fluxo dos grãos, o coeficiente de atrito e o ângulo de inclinação das paredes do funil.

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Palavras-chave

Materiais granulares – Simulação – Teses, Blender (Programa de computador) – Teses, Estrutura molecular – Teses, Métodos de elementos discretos – Teses

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