The ability of grains to rotate can play a crucial role on the collective behavior of granular media. It has been observed in computer simulations that imposing a torque at the contacts modifies the force chains, making support chains less important. In this work we investigate the effect of a gradual hindering of the grains rotations on the so-called critical state of soil mechanics. The critical state is an asymptotic state independent of the initial solid fraction where deformations occur at a constant shear strength and compactness. We quantify the difficulty to rotate by a friction coefficient at the level of particles, acting like a threshold. We explore the effect of this particle-level friction coefficient on the critical state by means of molecular dynamics simulations of a simple shear test on a poly-disperse sphere packing. We found that the larger the difficulty to rotate, the larger the final shear strength of the sample. Other micro-mechanical variables, like the structural anisotropy and the distribution of forces, are also influenced by the threshold. These results reveal the key role of rotations on the critical behavior of soils and suggest the inclusion of rotational variables into their constitutive equations

چکیده

توانایی دانه ها در دوران می تواند نقشی اساسی بر رفتار جمعی سنگدانه ها داشته باشد. در شبیه سازی های کامپیوتری مشاهده شده است که تحمیل دوران در برخورد ها، زنجیره های نیرو را اصلاح می کند، که موجب کمتر شدن اهمیت زنجیره های پشتیبان می شود. در این کار ما اثر مانع شدن تدریجی چرخش دانه ها را بر باصطلاح حالت های بحرانی مکانیک خاک بررسی می کنیم. حالت بحرانی یک حالت مجانب مستقل از اصطکاک اولیه خاک جاییکه تغییر شکل ها در یک مقاومت برشی و تراکم ثابت اتفاق می افتد، می باشد. ما مشکل بودن چرخش را با یک ضریب اصطکاک، در سطح ذرات مشخص می کنیم، که همانند یک آستانه و سرحد عمل می کند. ما اثر این ضریب اصطکاک در سطح ذرات را بر حالت بحرانی به وسیله شبیه سازی های دینامیک مولکولی یک آزمایش برشی ساده بر یک انباشتگی گوی مانند چند پراکنده، بررسی می کنیم. مشخص شد که هرچه دوران مشکل تر باشد، مقاومت برشی نهایی نمونه بزرگتر خواهد بود. متغیرهای دیگر میکرو مکانیکی، مانند ناهمسانگردی سازه ای و توزیع نیروها، نیز در آستانه تحت تاثیر قرار گرفته اند. این نتایج نقش کلیدی دوران ها را بر رفتار بحرانی خاک ها مشخص می کند و شامل شدن متغیرهای دورانی را در معادلات ساختاریشان پیشنهاد می کند.

1-مقدمه

مواد دانه ای (grunular media) دومین ماده ای هستند که بعد از آب بیشترین استفاده را توسط بشر دارد. تولید سالانه تقریبا به 10 میلیارد تن می رسد. روند صنعتی این مواد خام تقریبا 10% کل انرژی الکتریکی زمین را مصرف می کند. بنابراین، هر بهینه کردنی در روند و هر بهبودی در دانش GM تاثیر مستقیمی بر اقتصاد و رفاه خواهد داشت. با وجود اینکه در همه جا موجود است، مواد دانه ای تا درک کامل فاصله زیادی دارند، اساسا بدلیل رفتارهای مختلف و متعدد که می توان به صورت جمعی از فعل و انفعالات دانه های خاص بدست آورد. سنگدانه ها می توانند به عنوان یک مایع، جامد یا گاز رفتار کنند و رفتار ویژه اش بستگی به روشی دارد که سیستم تحریک شده است...