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サンプル&事例紹介PFC2D/PFC3D:2次元/3次元粒状体挙動解析プログラム

Sample 1 - 凝灰岩の圧縮シュミレーション

Lithophysaeは、凝灰岩が冷却されて形成される間に出来たくぼんだ泡状の空間です。 凝灰岩の中のこれらの空間は、予測できない現象を誘発する可能性があります。 そこで、lithophysaeの体積比がlithophysaeをもつ凝灰岩の機械的性質を特徴づけているという仮説をテストする為にPFC2Dおよび3Dが使用されました。
PFCモデルとしては、パラレルボンドによって接着した粒子集合を凝灰岩試料として模擬します。 lithophysaeは、円または球の空間としてモデル化されます。lithophysaeの、より正確な形状、大きさは今後提案されるかもしれませんが、ここでは初期評価として円または球として表現しています。

ヤング率および圧縮強度を算定する為に、異なる空隙率をもつ一連の供試体モデルを作成し解析が行われています。ヤング率と強度は空隙率の増加によって減少します。これらの解析結果より、以下のような多くのメカニズムを把握することができます。空隙は強度に影響を与える(軟化に対する影響)/空隙による応力集中は引張り破壊を引き起こす原因となる(強度低下に対する影響)/空隙が増えると脆弱性的でなく、ポストピークの耐力を減少させる(荷重の再配分)。

PFCモデルは、実験で観察される破砕によって起こる物質の引張り破壊という破壊メカニズムを正確に再現します。
PFCモデルにより、lithophysaeの体積率の増加に伴う強度とヤング率の減少を説明することができます。 さらに、PFC2Dでの結果とPFC3Dでの結果には良い相関性があります。

これらのモデリング結果は、一般的な岩石の特性及び破壊メカニズムの基本的な知見が得られたことを証明しています。

 
PFC2D/PFC3D:サンプル&事例紹介

PFC2D/PFC3D:サンプル&事例紹介


Sample 2 - スクリューコンベアによる粒子集合移動シミュレーション

図はスクリューコンベアーにより粒子の集合を移動させる解析モデルですが、PFC3Dの多くの新しい特長を示しています。 スクリューコンベアーは、シャフトと外枠はそれぞれGeneral Wallの” cylinder”で、スクリューは”spiral”でモデル化しています。 粒子の運動エネルギーは接触モデルにviscous dampingあるいはhysteretic damping(ユーザー定義の接触モデル)を導入しているので、各接触により消散していきます。

これらの減衰機構は、粒子集合体の移動プロセスとしてみられる自由浮遊や衝突のシミュレーションに適切なものです。
スクリューコンベヤーの運用シミュレーションや、生産性の向上検討、最適な運用方法の検討等を行う為に、材料特性、粒子形状(クランプ機能による粒子集合体を用いた)、Wall形状、Wallの操作方法等を変更したパラメータスタディを行います。


Sample 3 - ミリングシミュレーション

Sample 4 - ホッパー内流動

Sample 5 - コンクリート曲げ破壊

コンクリート曲げ破壊拡大

Sample 6 - 水圧破砕解析

水圧破砕解析拡大

Sample 7 - ケーソン基礎の動的挙動

ケーソン基礎の動的挙動拡大

Sample 8 - 斜面崩壊解析

Sample 9 - 岩石切削挙動

Sample 10 - Stress wave propagation on dynamically loading

この二つのアニメーションはPFC3Dに粘性境界を組み込んで使用した例を示したものです。 粘性境界条件は、FLACやUDECには既に組み込まれているのですが、この結果よりPFC3Dでも正しく解析されていることがわかります。

 

このアニメーションは、モデル上部に動的載荷を行ったときの速度ベクトルを示しています。 この速度ベクトルはモデルの下部へ伝達する応力波を表しています。 このモデルではモデル下端は粘性境界ではないので応力波は下端で反射しています。 時刻歴グラフはモデル下端にある粒子の応力を示しています。 応力はゆっくりと減衰し、反射波が確認できます。

 

このモデルは下端境界を粘性境界とした例です。この例では、モデル下端境界で応力波が減衰していることがわかります。これは、応力の履歴グラフや速度ベクトルへも反映しています。

Sample 11 - Stemming placement process simulation

PFC3Dを用いて配管内部を落下する粒状体材料の経路や材料の蓄積過程のシミュレーション例です。このモデルは、配管の経路によってどのように材料と壁面がどのように接触するかを調べる目的で作成されたものです。