Ballast particles have an irregular shape and are discrete in nature. Due to the discrete nature of ballast, it exhibits complex mechanical behaviour under loading conditions. The discrete element method (DEM) can model the behaviour of discrete particles under a multitude of loading conditions. DEM is used in this paper to simulate a series of three-dimensional direct shear tests in order to investigate the shear behaviour of railway ballast and its interaction at the microscopic level. Particle flow code in three dimension (PFC3D) models the irregular shape of ballast particles as clump particles. To investigate the influence of particle size distribution (PSD), real PSD of Indian railway ballast specification IRS:GE:1:2004, China high-speed rail (HSR) and French rail specifications are generated. PFC3D built-in linear contact model is used to simulate the interaction of ballast particles under various normal stresses, shearing rate and shear box sizes. The results indicate how shear resistance and volumetric changes in ballast assembly are affected by normal stress, shearing rate, PSD and shear box size. In addition to macroscopic behaviour, DEM represents the microscopic behaviour of ballast particles in the form of particle displacement at different stages of the shearing process.
An analysis program for pedestrian flow has been developed to investigate the flow patterns of passenger in railway stations. Analysis algorithms for pedestrian flow based on DEM(Discrete Element Method) are newly developed. There are lots of similarity between particle-laden two phase flow and passenger flow. The velocity component of 1st phase corresponds to the unit vector of calculation cell, each particle to passenger, volume fraction to population density and the particle velocity to the walking velocity, etc. And, the walking velocity of passenger is also represented by the function of population density. Key algorithms are developed to determine the position of passenger, population density and numbering to each passenger. By using the developed program, we compared the simulation results of the effects of the location and size of exit and elapsed time.
Discrete Element Method (DEM) simulations were developed to investigate the effectiveness of geosynthetic reinforcement and the effectiveness of maintenance techniques performed on a simulated ballast bed subjected to dynamic loading. The results from four samples subjected each one to a total of 425 load cycles are presented: one unreinforced and unmaintained sample, one unmaintained but reinforced sample, one unreinforced sample subjected to maintenance in the form of stoneblowing after 200 load cycles, and one unreinforced sample subjected to maintenance in the form of tamping after 200 load cycles. The obtained values of permanent deformation as a function of the applied number of load cycles for the four cases are presented together allowing a comparison of the effectiveness of each technique. Moreover, snapshots of the simulated track sections are presented at different moments of the simulations. The simulations indicated that the geosynthetic reinforcement may not be beneficial for the analyzed case while stoneblowing was the most effective maintenance technique.
PURPOSES : Evaluation of input parameters determination procedure for dynamic analysis of aggregates in DEM. METHODS : In this research, the aggregate slump test and angularity test were performed as fundamental laboratory tests to determine input parameters of spherical particles in DEM. The heights spreads, weights of the simple tests were measured and used to calibrate rolling and static friction coefficients of particles. RESULTS : The DEM simulations with calibrated parameters showed good agreement with the laboratory test results for given dynamic condition. CONCLUSIONS : It is concluded that the employed calibration method can be applicable to determine rolling friction coefficient of DEM simulation for given dynamic conditions. However, further research is necessary to connect the result to the behavior of aggregate in packing and mixing process and to refine static friction coefficient.
The accurate modeling of boundary conditions is important in simulations of the discrete element method (DEM) and can affect the numerical results significantly. In conventional triaxial compression (CTC) tests, the specimens are wrapped by flexible membranes allowing to deform freely. To accurately model the boundary conditions of CTC, new flexible boundary algorithms for 2D and 3D DEM simulations are proposed. The new algorithms are computationally efficient and easy to implement. Moreover, both horizontal and vertical component of confining pressure are considered in the 2D and 3D algorithms, which can ensure that the directions of confining pressure are always perpendicular to the specimen surfaces. Furthermore, the boundaries are continuous and closed in the new algorithms, which can prevent the escape of particles from the specimens. The effectiveness of the proposed algorithms is validated by biaxial and triaxial simulations of granular materials. The results show that the algorithms allow the boundaries to deform non-uniformly on the premise of maintaining high control accuracy of confining pressure. Meanwhile, the influences of different lateral boundary conditions on the numerical results are discussed. It is indicated that the flexible boundary is more appropriate for the models with large strain or significant localization than rigid boundary.
On the premise of ensuring that the automatic and quantitative discharging function of concrete conveyors is met, the accuracy of the weight forecast by the mathematical model of the screw conveying volume is improved, and the error of the weight of the concrete parts and the accumulation thickness is reduced. In this paper, the discrete element method (DEM) is used to simulate the macroscopic flow of concrete. Using the concrete discrete element model, the size of the screw conveyor is set, and establish the response model between the influencing factors (process and structure) and the concrete mass flow rate according to the design points of the screw discharging experiment. The nonlinear data fitting method is used to obtain the volumetric efficiency function under the influence of process and structural factors, and the traditional screw conveying volume model is improved. The mass flow rate of concrete predicted by the improved mathematical model of screw conveying volume is consistent with the test results. The model can accurately describe the conveying process of concrete and achieve the purpose of improving the accuracy of forecasting the weight of discharged concrete.
조립질 물질을 이용한 축소모형실험(예를 들어 모래상자실험)을 다양한 크기의 많은 지질학적 문제에 성공적으로 적용되어왔다. 이러한 물리적 실험은 개별요소법(DEM)을 이용하여 수치적으로도 수행될수 있다. 이연구에서는 현재 지구상에서 가장 중요한 지구조적 과정 중의 하나인 인도판과 유라시아판의 충돌문제를 시뮬레이션하기 위해 개별요소법을 적용하였다. 개별요소 시뮬레이션은 구조지질학뿐만 아니라 토질역학, 암석역학 등의 다양한 동역학적 분야에 적용되어왔다. 조사대상이 많은 작은 입자들의 조합으로 가정되기 때문에 개별요소 시뮬레이션은 거대하고 불연속적인 변형이 일어나는 대상을 다룰 수 있다. 그러나 DEM 시뮬레이션에서는 개개 입자에 대한 입력변수들과 전체 물성의 관계에 대해 거의 알려져 있지 않기 때문에 입력 변수들의 타당성을 검증하기 어려운 경우가 자주 있다. 그러므로 이전의 연구들에서는 시행착오에 의해 입력변수를 조정하여만 하였다. 이러한 어려움을 극복하기 위하여, 이 연구에서는 개별요소 시뮬레이션에 수치적인 이축 시험을 도입하였으며, 이러한 수치 시험 결과를 이용하여 충돌 모델에 사용되는 입력변수의 타당성을 검토하였다. 결과적인 층돌 모델은 동 아시아에서 관측되는 실제 변형과 매우 비슷하며, GPS 자료 및 동 아시아의 원위치 응력자료와 잘 대비된다.
Masonry is not a simple material, the influence of mortar joints as a plane of weakness is a significant feature and this makes the numerical modelling of masonry very difficult especially when dynamic (seismic) analysis is involved. In order to develop a simple numerical model for masonry under earthquake load, an analytical model based on Distinct Element Method (DEM) is being developed. At the first stage, the model is applied to simulate the in-plane shear behaviour of an unreinforced masonry wall with and without opening where the testing results are available for comparison. In DEM, a solid is represented as an assembly of discrete blocks. Joints are modelled as interface between distinct bodies. It is a dynamic process and specially designed to model the behaviour of discontinuities. The numerical solutions obtained from the distinct element analysis are validated by comparing the results with those obtained from existing experiments and finite element modelling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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