Thesis CALIBRACIÓN DE UN PROGRAMA BASADO EN EL MÉTODO DE ELEMENTOS DISCRETOS PARA MODELAR EL DESGASTE ABRASIVO A PARTIR DE MEDICIONES EXPERIMENTALES
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Date
2017
Authors
MASCARÓ PROVOSTE, PATRICIO ORLANDO
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Abstract
El estudio del manejo de materiales sólidos a granel es fundamental en la industriaChilena, en especial en la minería donde el manejo de minerales causa desgaste en equipos.Debido a esto es imprescindible contar con una herramienta que se pueda utilizar en lasetapas de diseño, modificación y mantención de equipos.En el presente trabajo se estudia el desgaste de una placa de acero por la acción de unflujo de material sólido a granel, utilizando un software basado en el método de elementosdiscretos que tiene incorporado el modelo de desgaste abrasivo de Archard. Con ello seobtiene la información acerca del desprendimiento de material en la probeta simulandoel ensayo de la rueda de desgaste. En segundo lugar se proponen mejoras para el códigofuente del software apuntando a optimizar el tiempo de ejecución del mismo.En la etapa de calibración se utiliza una serie de ensayos para caraterizar mineral decobre con granulometría fina 100% menor a 6 [mm], mineral de cobre con granulometríagruesa 100% entre 12 [mm] y 6 [mm], y arena gruesa con granulometría 100% igual a1;6 [mm]. Para las simulaciones con mineral de cobre se utiliza dos formas de representarla partícula en el software, una es utilizando partículas esféricas y la otra es utilizandomacropartículas compuestas por tres partículas esféricas, en la simulación de la arenagruesa se utiliza solo la representación con partículas esféricas usando radio de partículaconstante.Además se propuso una metodología de calibración para la constante de dureza específicade la probeta D, requerida por el modelo de desgaste de Archard, permitiendo realizaruna comparación directa entre la tasa de desgaste efectiva del ensayo y la simulación.Los resultados de la tasa de desgaste tanto en el ensayo como en la simulación y el errorrelativo con respecto al ensayo correspondiente, se muestran en la tabla 1.También se trabajó sobre el código fuente del software con el fin de reducir los tiemposglobales de cómputo implementando mejoras y optimizaciones, para ello se implementómarcadores de tiempo en las subrutinas del mismo, se analizó el perfil de tiempos demandadospor el software en una simulación base y la utilización de memoria, posteriormentese implementaron tres cosas.La primera es un algoritmo eficiente en cuanto a la búsqueda de partículas libres en lainyección, el cual no depende de la probabilidad de encontrar partículas libres consecutivasen la reserva de partículas, la segunda es la utilización de memoria asignable dependiendode la cantidad de partículas requeridas por el usuario y por último la optimización del usode memoria de la subrutina de detección de las zonas de contacto entre partículas y paredescercanas. Todo esto redujo el tiempo de cómputo de la simulación base desde 337 [s] hasta221 [s] siendo una mejora del 34;2% del tiempo total.En conclusión, respecto a la calibración el software es capaz de obtener resultadosnuméricos representando el desgaste en la probeta del ensayo simulado y demostrando queel modelo de Archard predice de manera satisfactoria el fenómeno estudiado. En cuanto ala optimización se logró realizar el perfil de tiempos de cómputo del software, el cual seutilizó para analizar y reducir, tanto el uso de memoria como el tiempo de cómputo de lassubrutinas más costosas computacionalmente.
The study of granural materials is fundamental in Chilean industry, because copperminery causes wear in equipment. Due to this is essential to have a tool in the design,modification and maintance stages of equipment.In this article wear in a steel plate is studied by the action of a flow granular material,using a software based on discrete element method with Archard’s abrasive wear model.This gives the necesary information about material detachment of the steel plate. Secondly,improvements are proposed for the source code in aim to optimize the calculation time ofthis.Calibration step, a series of tests are used to characterize three types of granularmaterials; one is fine grain copper size 100% less than 6 [mm], second is thick grain copper100% betweeen 12 [mm] and 6 [mm], and third is thick sand with size 100% equal to1;6 [mm]. For copper simulations the software used two forms of representing the particle,one is using spherical particles and the other is using three particles composed by threespherical particles, in the simulation of thick sand only used spherical single particles withconstant radius.In addition, a calibration method was proposed for the specifict hardness constant Dof steel plate, required by the Archard wear model, allowing a direct analysis between theeective wear rate of the test and simulation.The results of wear rate of test, simulation and error between theese, are shown in thenext table.In this work on the source code in order to reduce the global computation time, byimprovements and optimizations. The method of work was implement time markers in thesubroutines, for make the time profile demanded by the software and analysed this, by thisreason three things were implemented.The first is an ecient algorithm for the free particle search injection from the particlereserve, the second is the use of allocatable memory by required number of particles in thesimulation, and the last improve is the optimization of the memory usage by the contactdetection subroutine (between walls and particles). All this improves reduced the simulationcomputing time from 337 [s] to 221 [s] this is a 34;2% of the total time.Finally, considering the calibration, the software is able to obtain numerical results toshow wear in the steel plate simulation and Archard’s model predicts correctly the wear onthe steel plate test. As for the optimizacion, it was possible to perform the compute timeprofile, it was used to analyze and reduce the memory usage and the computational cost.
The study of granural materials is fundamental in Chilean industry, because copperminery causes wear in equipment. Due to this is essential to have a tool in the design,modification and maintance stages of equipment.In this article wear in a steel plate is studied by the action of a flow granular material,using a software based on discrete element method with Archard’s abrasive wear model.This gives the necesary information about material detachment of the steel plate. Secondly,improvements are proposed for the source code in aim to optimize the calculation time ofthis.Calibration step, a series of tests are used to characterize three types of granularmaterials; one is fine grain copper size 100% less than 6 [mm], second is thick grain copper100% betweeen 12 [mm] and 6 [mm], and third is thick sand with size 100% equal to1;6 [mm]. For copper simulations the software used two forms of representing the particle,one is using spherical particles and the other is using three particles composed by threespherical particles, in the simulation of thick sand only used spherical single particles withconstant radius.In addition, a calibration method was proposed for the specifict hardness constant Dof steel plate, required by the Archard wear model, allowing a direct analysis between theeective wear rate of the test and simulation.The results of wear rate of test, simulation and error between theese, are shown in thenext table.In this work on the source code in order to reduce the global computation time, byimprovements and optimizations. The method of work was implement time markers in thesubroutines, for make the time profile demanded by the software and analysed this, by thisreason three things were implemented.The first is an ecient algorithm for the free particle search injection from the particlereserve, the second is the use of allocatable memory by required number of particles in thesimulation, and the last improve is the optimization of the memory usage by the contactdetection subroutine (between walls and particles). All this improves reduced the simulationcomputing time from 337 [s] to 221 [s] this is a 34;2% of the total time.Finally, considering the calibration, the software is able to obtain numerical results toshow wear in the steel plate simulation and Archard’s model predicts correctly the wear onthe steel plate test. As for the optimizacion, it was possible to perform the compute timeprofile, it was used to analyze and reduce the memory usage and the computational cost.
Description
Catalogado desde la version PDF de la tesis.
Keywords
CALIBRACION , METODO DE ELEMENTOS DISCRETOS , MODELO DE DESGASTE ABRASIVO DE ARCHARD
