Modeling friction between shearing brittle surfaces with a discrete element method
Hauraiden materiaalien murtuminen on eräs materiaalifysiikan peruskysymyksistä.
Sille ei ole vieläkään olemassa täydellistä teoreettista selitystä,
joten ennusteiden tekeminen nojaa vahvasti
kokeisiin ja niihin perustuviin numeerisiin malleihin.
Tässä työssä suunnittelemme ja toteutamme diskreettielementtimenetelmän
sellaisen fysikaalisen systeemin tutkimiseen,
jossa kaksi haurasta pintaa leikkaavat toisiaan.
Keskitymme erityisesti siihen kuinka erilaiset voimamallit
sisäiselle kitkalle vaikuttavat materiaalin ulkoiseen kitkaan.
Käyttämällä graniittia koemateriaalina huomaamme,
että sen ulkoinen kitka riippuu voimakkaasti sen sisäisestä kitkasta,
kun ulkoinen paine on lähellä materiaalin puristuslujuutta.
Muutoin ulkoisen kitkan määräävät pääasiallisesti leikkauspintojen karkeus tai
niiden väliin muodostuneen sirpalekerroksen paksuus.
Toisaalta, riippumatta ulkoisesta paineesta,
sisäinen kitka vaikuttaa voimakkaasti sirpalekerroksen
sisäiseen mekaniikkaan. The fracture of brittle materials is a fundamental problem in material physics.
It still lacks a complete theoretical description,
so making predictions relies heavily
on experiments and numerical models based on them.
In this work we design and implement a discrete element method
to study the physical system of two brittle surfaces
as they are sheared across each other.
Our focus is specifically how different force models
for internal friction affect the dry friction of the material.
By using granite as our reference material,
we find that the dry friction depends strongly on the internal friction
when the pressure is around the ultimate strength of the material.
Otherwise the dry friction is primarily determined
by the roughness of the surfaces or
the thickness of the fragment layer between the them.
Still, regardless of the pressure,
the presence of internal friction strongly influences the mechanics
inside the fragment layer.
Metadata
Show full item recordCollections
- Pro gradu -tutkielmat [25550]
Related items
Showing items with similar title or keywords.
-
Recursive method for computing matrix elements for two-body interactions
Hyvärinen, Juhani; Suhonen, Jouni (American Physical Society, 2015)A recursive method for the efficient computation of two-body matrix elements is presented. The method consists of a set of recursion relations for the computationally demanding radial integral and adds one more tool to ... -
Discrete element model for viscoelastic materials with brittle fracture : applications on glacier dynamics
Riikilä, Timo (University of Jyväskylä, 2017) -
Comparison between the shifted-Laplacian preconditioning and the controllability methods for computational acoustics
Airaksinen, Tuomas; Mönkölä, Sanna (Elsevier, 2010)Processes that can be modelled with numerical calculations of acoustic pressure fields include medical and industrial ultrasound, echo sounding, and environmental noise. We present two methods for making these calculations ... -
Oscillations of dynamical systems applied in drilling : analytical and numerical methods
Kiseleva, Maria (University of Jyväskylä, 2013) -
On the Effect of Analog Noise in Discrete-Time Analog Computations
Maass, Wolfgang; Orponen, Pekka (MIT Press, 1998)We introduce a model for analog computation with discrete time in the presence of analog noise that is flexible enough to cover the most important concrete cases, such as noisy analog neural nets and networks of spiking ...