Shock dynamics in granular chains: numerical simulations and comparison with experimental tests

Ngoc-Son Nguyen 1 Bernard Brogliato 1
1 BIPOP - Modelling, Simulation, Control and Optimization of Non-Smooth Dynamical Systems
Inria Grenoble - Rhône-Alpes, LJK - Laboratoire Jean Kuntzmann, INPG - Institut National Polytechnique de Grenoble
Résumé : L'objectif de ce travail est de simuler la dynamique de choc dans des chaînes granulaires en considéerant le modèle LZB puis de comparer les résultats numériques avec les résultats expérimentaux existant dans la littérature. Le modèle LZB a été introduit pour résoudre le problème d'impacts multiples rencontré pour les systèmes multicorps rigides lorsque les chocs se produisent simultanément à plusieurs contacts. Pour ce modèle, la dynamique de Darboux-Keller est utilisée pour changer l'échelle du temps en l'échelle de l'impulsion. L'interaction aux points de contact est modélisée par des lois de contact de type compliance. La dissipation de l'énergie aux points de contact, due à des phénomènes physiques complexes comme la plasticité, la viscosité, le bruit, la vibration, etc., est prise en compte par un coefficient de restitution énergétique. Le couplage entre plusieurs points de contact, dû aux effets d'onde, est décrit par une loi de distribution qui relie le changement de l'impulsion à un contact à celui à un autre contact en fonction de leur rigidité relative et de leur énergie potentielle relative. Le modèle LZB est ensuite couplé à une méthode numérique ''event-driven'' pour simuler le mouvement des systèmes mécaniques non-réguliers. Differents types de chaîne granulaire sont étudiés: chaînes monodisperses, i.e. chaînes composées de billes identiques; chaînes "tapered", i.e. chaînes composées de billes de taille décroissante; chaînes "stepped", i.e. chaînes composées d'une section monodisperse à grand rayon puis d'une section monodisperse à petit rayon. On s'intéresse particulièrement à l'effet de dispersion et la propagation de l'onde dans les chaînes "tapered", à l'interaction de deux ondes solitaires dans les chaînes monodisperses, à la formation d'un train d'ondes solitaires (un ensemble d'ondes solitaires individuelles avec amplitudes décroissantes) dans les chaînes "stepped". La comparaison avec les résultats expérimentaux montre que les simulations numériques avec le modèle LZB reproduisent de façon très statisfaisante les observations expérimentales.
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Contributeur : Ngoc-Son Nguyen <>
Soumis le : mercredi 1 juin 2011 - 09:25:58
Dernière modification le : samedi 17 septembre 2016 - 01:36:53
Document(s) archivé(s) le : vendredi 2 septembre 2011 - 02:21:49

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Ngoc-Son Nguyen, Bernard Brogliato. Shock dynamics in granular chains: numerical simulations and comparison with experimental tests. [Research Report] RR-7636, INRIA. 2011. <inria-00597468>

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