geophystechГеофизические технологииRussian Journal of Geophysical Technologies2619-1563IPGG SB RAS10.18303/2619-1563-2024-1-92geophystech-350Research ArticleСтатьиЧисленное моделирование разрушения гранулированных материалов методом дискретных элементовDiscrete element based numerical simulation of granular material fracturinghttps://orcid.org/0009-0007-3442-9891ЧепеленковаВ. Д.ChepelenkovaV. D.

Вероника Дмитриевна Чепеленкова – инженер лаборатории вычислительной физики горных пород,

630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3.

 3, Koptyug Ave., Novosibirsk, 630090.

ChepelenkovaVD@ipgg.sbras.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3544-4878ЛисицаВ. В.LisitsaV. V.

Вадим Викторович Лисица – доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник,

630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 4.

4, Koptyug Ave., Novosibirsk, 630090.

LisitsaVV@ipgg.sbras.ruИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАНРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, SB RASRussian FederationИнститут математики им. С.Л. Соболева СО РАНРоссияSobolev Institute of Mathematics SB RASRussian Federation20241807202401Спецвыпуск92104Copyright © Чепеленкова В.Д., Лисица В.В., 20242024Чепеленкова В.Д., Лисица В.В.Chepelenkova V.D., Lisitsa V.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjgt.ru/jour/article/view/350

Приведено описание и программная реализация алгоритма численного моделирования одноосного нагружения пористых сред. Алгоритм основан на методе дискретных элементов со связями, в котором среда представляется в виде набора взаимодействующих частиц. Целью работы является систематическое исследование влияния входных параметров на прочностные характеристики получаемого материала. Приводится серия численных экспериментов для различных комбинаций касательной жесткости, длины связей и коэффициента трения частиц на микроуровне. На основании полученных диаграмм напряжения–деформации вычислены значения модуля Юнга и прочности тела на сжатие. Показано, что предельные нагрузки, выдерживаемые материалом, показывают линейный рост при увеличении длины связей и касательной жесткости и квадратичную зависимость при увеличении коэффициента трения. Для модуля Юнга показано наличие роста при увеличении всех варьируемых параметров, однако характер роста представляется невозможным установить при использованном в работе количестве статистических реализаций.

This paper provides a description and software implementation of an algorithm for numerical simulation of uniaxial loading of porous media. The algorithm is based on the method of bonded discrete elements, in which the environment is represented as a set of interacting particles. The purpose of this study is to systematically study the influence of input parameters on the strength characteristics of the resulting material. A series of numerical experiments is presented for various combinations of tangential stiffness, bond length, and particle friction coefficient at the microlevel. Based on the obtained stress-strain curves, the values of Young's modulus and compressive strength of the body were calculated. It is shown that compressive strength of the material shows a linear increase with increasing bond length and tangential stiffness, and a quadratic dependence with increasing friction coefficient. Young's modulus tends to increase for all varied parameters. However, it seems impossible to establish any specific dependencies using the number of statistical realizations used in the work.

метод дискретных элементоводноосное нагружениегранулированные материалыdiscrete element methoduniaxial loadinggranular materialsРабота выполнена в рамках проекта ФНИ FWZZ-2022-0022 и при поддержке Российского научного фонда, грант № 21-71-20003.The study was carried out as part of government assignment to the Russian Academy of Sciences in basic research, Project FWZZ-2022-0022, and supported by the Russian Science Foundation, Project No. 21-71-20003.ReferencesBordia R.K., Kang S.J.L., Olevsky E.A. Current understanding and future research directions at the onset of the next century of sintering science and technology //Journal of the American Ceramic Society. 2017. Vol. 100 (6). P. 2314–2352. doi: 10.1111/jace.14919.Bordia R.K., Kang S.J.L., Olevsky E.A. Current understanding and future research directions at the onset of the next century of sintering science and technology //Journal of the American Ceramic Society. 2017. Vol. 100 (6). P. 2314–2352. doi: 10.1111/jace.14919.Derevschikov V.S., Kazakova E.D., Yatsenko D.A., Veselovskaya J.V. Multiscale study of carbon dioxide chemisorption in the plug flow adsorber of the anesthesia machine // Separation Science and Technology. 2021. Vol. 56 (3). P. 485–497. doi: 10.1080/01496395.2020.1723029.Derevschikov V.S., Kazakova E.D., Yatsenko D.A., Veselovskaya J.V. Multiscale study of carbon dioxide chemisorption in the plug flow adsorber of the anesthesia machine // Separation Science and Technology. 2021. Vol. 56 (3). P. 485–497. doi: 10.1080/01496395.2020.1723029.Fedorov A.V., Gulyaeva Y.K. Strength statistics for porous alumina // Powder Technology. 2019. Vol. 343. P. 783–791. doi: 10.1016/j.powtec.2018.11.098.Fedorov A.V., Gulyaeva Y.K. Strength statistics for porous alumina // Powder Technology. 2019. Vol. 343. P. 783–791. doi: 10.1016/j.powtec.2018.11.098.Hardy S., McClay K., Muñoz J.A. Deformation and fault activity in space and time in high-resolution numerical models of doubly vergent thrust wedges // Marine and Petroleum Geology. 2009. Vol. 26 (2). P. 232–248. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2007.12.003.Hardy S., McClay K., Muñoz J.A. Deformation and fault activity in space and time in high-resolution numerical models of doubly vergent thrust wedges // Marine and Petroleum Geology. 2009. Vol. 26 (2). P. 232–248. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2007.12.003.Guiton M.L.E., Sassi W., Leroy Y.M., Gauthier B.D.M. Mechanical constraints on the chronology of fracture activation in folded Devonian sandstone of the western Moroccan Anti-Atlas // Journal of Structural Geology. 2003. Vol. 25 (8). P. 1317–1330. doi: 10.1016/S0191-8141(02)00155-4Guiton M.L.E., Sassi W., Leroy Y.M., Gauthier B.D.M. Mechanical constraints on the chronology of fracture activation in folded Devonian sandstone of the western Moroccan Anti-Atlas // Journal of Structural Geology. 2003. Vol. 25 (8). P. 1317–1330. doi: 10.1016/S0191-8141(02)00155-4Lisitsa V., Kolyukhin D., Tcheverda V., Volianskaia V., Priimenko V. GPU-based discrete element modeling of geological faults // Supercomputing. 5th Russian Supercomputing Days. Revised Selected papers. Springer, Cham, 2019. P. 225–236.Lisitsa V., Kolyukhin D., Tcheverda V., Volianskaia V., Priimenko V. GPU-based discrete element modeling of geological faults // Supercomputing. 5th Russian Supercomputing Days. Revised Selected papers. Springer, Cham, 2019. P. 225–236.Luding S. Introduction to discrete element methods: basic of contact force models and how to perform the micromacro transition to continuum theory // European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2008. Vol. 12. 7–8). P. 785–826. doi: 10.1080/19648189.2008.9693050.Luding S. Introduction to discrete element methods: basic of contact force models and how to perform the micromacro transition to continuum theory // European Journal of Environmental and Civil Engineering. 2008. Vol. 12. 7–8). P. 785–826. doi: 10.1080/19648189.2008.9693050.Potyondy D.O., Cundall P.A. A bonded-particle model for rock // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2004. Vol. 41 (8). P. 1329–1364. doi: 10.1016/j.ijrmms.2004.09.011.Potyondy D.O., Cundall P.A. A bonded-particle model for rock // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2004. Vol. 41 (8). P. 1329–1364. doi: 10.1016/j.ijrmms.2004.09.011.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.