METODOLOGÍA DE CALIBRACIÓN EXPERIMENTAL PARA PARÁMETROS NUMÉRICOS DE SOFTWARE DEM BASADO EN ENSAYOS ESTÁTICOS DE MATERIAL GRANULAR

Abstract

Las simulaciones son una de las herramientas más utilizadas en diferentes investigaciones y rubros. Es una herramienta potente, hoy en día, para replicar un sistema o problema de la realidad. Aunque precisa aproximarse a este, puede generar excelentes resultados con la información que entrega. Sin embargo, para alcanzar lo máximo posible este nivel de precisión y exactitud, es necesario realizar un buen modelo con su respectiva configuración, de tal forma de obtener los resultados deseados. Por consiguiente a esto se debe realizar una calibración al modelo computacional, o también denominado modelo numérico. El objetivo de este estudio es confeccionar una metodología de calibración en base a ensayos estáticos en el software comercial Rocky-DEM. La metodología surge del desarrollo del experimento denominado ensayo de flujo, para medir el ángulo de reposo y ángulo de vaciado de un material granular ya en un estado estático, estas variables son consideradas respuestas de la experimentación y que son dependientes, dentro de las simulaciones, de unos factores llamados parámetros numéricos. Para lograr el nexo, que busca la calibración, entre la realidad y la simulación DEM, se realiza el experimento en ambos sistemas con las mismas consideraciones, equivalencias y procedimientos. De tal forma de construir la información necesaria para una posterior optimización y ajuste de los parámetros numéricos que puedan representar el material granular de la realidad. Se utilizaron dos materiales para el estudio: garbanzos, debido a su forma semi-esférica y el cual se planteó la metodología, y mineral sulfurado de cobre, con el fin de aplicarla. Para ambos materiales se tienen un enfoque en la interacción partícula-partícula de los elementos discretos del modelo numérico, descartando la interacción partícula-borde de geometría por casi o nula influencia en el ángulo de reposo y de vaciado, variables respuestas utilizadas en el estudio. Se utiliza el ensayo de flujo para medir y calcular estos ángulos, dando como resultados para la experimentación con garbanzos se obtuvo que los parámetros Coeficiente de Fricción Estática, Coeficiente de Rodadura y Distancia Adhesiva con valores iguales a 0,183, 0,105 y 0,938 [mm], respectivamente, se replica un ángulo de reposo igual a 31,23◦ y ángulo de vaciado igual a 28,85◦ con un 2,85 % y 3,03 % respecto a los esperado. Para el caso de la experimentación con mineral se obtuvo un Coeficiente de Fricción Estático igual a 0,892 y un Coeficiente de Rodadura igual a 0,269 para representar en las simulaciones un ángulo de reposo de 30,1◦ y un ángulo de vaciado de 42,31◦ con un margen de diferencia de lo esperado igual al 2,84 % y un 3,65 %, respectivamente. Como conclusión, la simulación DEM es el presente y futuro para predecir el comportamiento de materiales granulares. Sin embargo, se necesita utilizar los valores y configuración adecuados para las simulaciones de tal manera de incrementar el nivel de precisión en los resultados. Finalmente, tener en cuenta que existe una gama de clases de materiales diferentes, donde cada uno debe tener su representación en el modelo numérico a través de valores calibrados y ajustados de parámetros numéricos.Simulations are one of the most used tools in different investigations and areas, it is a powerful tool, nowadays, to replicate a system or problem of reality. Although you need to approach this, you can generate excellent results with the information you provide. However, to achieve this level of precision and accuracy as much as possible, it is necessary to make a good model with its respective configuration, in order to obtain the desired results. Therefore, a calibration should be performed to the computational model, or also called the numerical model. The objective of this study is to prepare a calibration methodology based on static tests in the Rocky-DEM commercial software. The methodology arises from the development of the experiment denoted flow test, to measure the angle of repose and angle of emptying of a granular material already in a static state, these variables are considered responses of experimentation and that are dependent, within the simulations, of factors called numerical parameters. To achieve the link, which seeks calibration, between reality and the DEM simulation, the experiment is carried out in both systems with the same considerations, equivalences and procedures. In such a way to build the necessary information for a subsequent optimization and adjustment of the numerical parameters that may represent the granular material of reality. Two materials were used for the study: chickpeas, due to its semi-spherical shape and which the methodology was proposed, and sulphide copper ore, in order to apply it. For both materials there is a focus on the particle-particle interaction of the discrete elements of the numerical model, discarding the particle-edge interaction of geometry by almost or no influence on the angle of rest and emptying, variable responses used in the study. The flow test is used to measure and calculate these angles, giving as a result for experimentation with chickpeas it was obtained that the parameters Static Friction Coefficient, Rolling Coefficient and Adhesive Distance with values equal to 0.183, 0.105 and 0.938 [mm], respectively, an angle of rest equal to 31.23◦ and an angle of emptying equal to 28.85◦ with a 2.85 % and 3.03 % with respect to the expected. In the case of mineral experimentation, a Static Friction Coefficient equal to 0.892 and a Rolling Coefficient equal to 0.269 were obtained to represent a resting angle of 30.1◦ in the simulations and an emptying angle of 42.31◦ with an expected margin of difference equal to 2.84 % and 3.65 %, respectively. As a final conclusion of the study, it is mentioned that the DEM simulation is the present and future to predict the behavior of granular materials. However, it is necessary to use the appropriate values and settings for the simulations in order to increase the level of accuracy in the results. In addition, it should be noted, taking into account that since there is a range of different material classes, each one must have its representation in the numerical model through calibrated and adjusted values of numerical parameters.