Numerical Simulation of Squeezed Flow of a Viscoplastic Material by a Three-step Smoothed Particle Hydrodynamics Method

در اين مقاله يك روش عددي بدون شبكه SPH جهت بررسي رفتار گذراي مواد ويسكوپلاستيك به كار گرفته شده است. با به-كارگيري اين روش شبيه سازي تغيير شكل بزرگ نمونه و سطح آزاد آن بدون فرآيند دشوار توليد شبكه انجام شد. اين روش SPH سه مرحله اي يك تكنيك صريح پيشگو-اصلاح كننده را به كار مي گيرد و حفظ مشخصه غيرقابل تراكم بودن مواد را با حل يك معادله فشار پوآسون تضمين مي كند. همچنين در اين شبيه سازي،‌مدل ساختاري Papanastasiou جهت مطالعه تغيير شكل نمونه تحت دو شرط مرزي نيروي ثابت و سرعت ثابت مورد استفاده قرار گرفته است. شرط مرزي عدم لغزش با تصوير كردن سرعت مواد ويسكوپلاستيك بر روي ذرات ديواره به خوبي اعمال شده است. به منظور تصديق درستي اين روش عددي در طي فرآيند تراكم نمونه،‌ نيروي اعمال شده در شرط مرزي سرعت ثابت و همچنين تغيير ارتفاع نمونه در شرط مرزي نيرو ثابت محاسبه شده و با نتايج مشابه ديگر مقايسه شده اند. نتايج گوياي اين مطلب است كه اين روش مي تواند به عنوان يك روش قابل اطمينان در شبيه سازي مواد ويسكوپلاستيك كه تحت تغيير شكل زياد قرار مي گيرند،‌به كار رود.

In the current work, the mesh free Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) method, was employed to numerically investigate the transient flow of a viscoplastic material. Using this method, large deformation of the sample and its free surface boundary were captured without the cumbersome process of the grid generation. This three-step SPH scheme employs an explicit predictor-corrector technique and the incompressibility characteristic of the material was guaranteed by solving a pressure Poisson equation. The Papanastasiou constitutive model was also utilized in the simulations to study the compression of the sample under both constant load and constant velocity conditions. The no-slip boundary condition was satisfied by projecting the velocity of the viscoplastic material on the wall particles. In order to validate the fidelity of this numerical method during the compression of the samples, the resultant load at constant velocity as well as the height change of the sample for a constant load were computed and compared with other published results. The results indicated that this method could be employed as a reliable technique to simulate such highly deformable viscoplastic deformation of the materials.