Mgr inż. Aleksander Grabowski beneficjentem grantu PRELUDIUM 21 | Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej

Ze streszczenia planu badawczego:

Celem badań przewidzianych na trzy lata jest zrozumienie mechanizmu zachodzącego w strefie kontaktu między materiałem sypkim (np. pszenicą) a ścianą (wykonaną np. z blachy falistej) podczas przepływów w silosach. Profil blachy ma istotny wpływ na wielkość i kształt obciążenia przekazywanego przez materiał sypki na ściany silosu. Analiza zjawisk zachodzących między granulatem a płaszczem silosu, a w szczególności fenomenu powstawania tzw. strefy ścięcia, umożliwi określenie zależności między efektywnym współczynnikiem tarcia o ścianę a geometrią profilu, z którego wykonana jest ściana. Oprócz zgłębienia wiedzy dotyczącej podstawowych zjawisk występujących w materiałach sypkich, projekt wpisuje się w aktualne trendy dotyczące kształtowania badań w taki sposób, aby ich rezultaty mogły być użyteczne dla przemysłu i inżynierów w nim pracujących.

Początkowym etapem projektu będzie przeprowadzenie badań doświadczalnych przepływów silosowych. Badania zostaną przeprowadzone na silosach w pomniejszonej skali wykonanych z PMMA, czyli tzw. plexiglasu. Ponadto część elementów stanowiska eksperymentalnego będzie wykonana m.in. w technologii druku 3D. Szeroki zakres zbadanych ścian pozwoli określić zależność między wielkością obciążenia przekazywaną na ściany silosu a profilem blachy. Kolejnym interesującym aspektem doświadczeń będzie możliwość uzyskania przemieszczeń oraz odkształceń materiału sypkiego w trakcie przepływu w silosie. Przy pomocy metody DIC (ang. digital image correlation) będzie można odczytać o ile i w jakim czasie przesunęły się poszczególne ziarenka piasku czy pszenicy w trakcie testu.

Badania numeryczne zostaną przeprowadzone za pomocą stale rozwijanej, nowoczesnej metody elementów dyskretnych DEM (ang. discrete element method). DEM jest specjalistycznym narzędziem do analizy materiałów sypkich umożliwiającym odtworzenie mikrostruktury granulatu z uwzględnieniem zachowań pojedynczych ziaren. W tej metodzie, tak jak w rzeczywistości, każde z kilkuset tysięcy ziarenek jest dyskretnym elementem. W modelu numerycznym zostaną zastosowane nowoczesne metody umożliwiające np. wykorzystanie w obliczeniach rzeczywistych kształtów ziaren materiału sypkiego na podstawie zdjęć mikroskopowych.

Rezultaty proponowanego projektu będą istotne dla rozwiązań projektowych dotyczących konstrukcji silosowych powszechnie występujących w wielu gałęziach przemysłu. Na podstawie badań doświadczalnych i analizy numerycznej zostanie zdefiniowany mechanizm zjawiska ścinania zachodzący między materiałem granulowanym a ścianami silosu. W wyniku badań zostaną przedstawione wiarygodne zalecenia umożliwiające określenie wielkości obciążeń działających na ściany silosu z blach fałdowych. Zaproponowane wytyczne pozytywnie wpłyną na poprawę bezpieczeństwa nowoprojektowanych konstrukcji.