Kivonat

Kutatómunkám során a rendezetlen anyagok lassan növekvő nyomás valamint lövedékbelövéssel kiváltott gyors energiabetáplálás hatására létrejövő törési és fragmentációs folyamatait vizsgáltam elméleti eszközökkel. Vizsgálataimhoz a heterogén anyagok egy realisztikus diszkrételem-modelljét használtam.

A modellben a vizsgált anyagot gömb alakú részecskék véletlen pakolásaként állítjuk elő, amelyeket törhető, kohézív kontaktusok kapcsolnak össze. A kezdeti struktúra és a részecskék kölcsönhatásának részletei jól illeszthetők konkrét anyagfajtákhoz, így a modell képes figyelembe venni mind az anyag rendezetlen mikroszkopikus szerkezetét, mind pedig deformációjának és törésének legfontosabb jellemzőit. Az általános modellben implementáltam az általam vizsgált rendszereket majd a szimulációval kapott eredményeket egy független feldolgozó programmal, off-line módon dolgoztam fel. Több kutatási probléma megoldásánál alapvető fontosságú volt a nagy rendszerméret. Ehhez a szimulációs programot OpenMP használatával párhuzamosítottuk, ami lehetővé tette, hogy a részecskék számát széles tartományban változtathassam.

Kutatómunkám tisztán elméleti jellegű, de a legtöbb esetben konkrét kísérleti eredmények, illetve a gyakorlat számára fontos problémák motiválták. A realisztikus számítógépes szimulácóim lehetővé tették, hogy kísérletileg nehezen mérhető mennyiségeket is nagy pontossággal határozzak meg, így kiegészítsem a kísérletileg hozzáférhető információt. Ilyen például a fragmensek sebessége, ahol mérésekkel csak a keletkezett darabok egy kisebb részhalmaza követhető, míg a szimulációkban részletesen tudtam elemezni a darabok teljes sokaságának statisztikáját. Elméleti eredményeimet összevetettem laboratóriumi kísérletekkel és terepi mérések eredményeivel. Eredményeim fontos részeként olyan adatfeldolgozó eljárásokat dolgoztam ki, amelyek laboratóriumi mérések kiértékelésére is használható.

Abstract

During my PhD research I performed a theoretical study of the facture and fragmentation of heterogeneous materials induced by slowly increasing compresssion and by sudden energy input with a projectile impact. My investigations are based on a realistic discrete element model of heterogeneous materials, which has recently been developed by our research group.

In the model the material studied is represented by random packing of spheres, which are connected by breakable, cohesive beams. The initial structure and the details of the interactions of the particles can be easily fitted to the specific type of materials considered, so the model is able to capture both the disordered micro-structure and the most important mechanisms of deformation and cracking. In the general framework of the model I implemented the specific systems of my research and I developed an independent software package for the off-line evaluation of the simulation results. For the solution of several problems, the large system size proved to be crucial. For this need, the simulation program was parallelized by means of OpenMP, which enadbled me to vary the number of particles in a wide interval.

My research is entirely of theoretical nature, but most of the research problems were directly motivated by specific experimental results and questions that are important for practical applications. My realistic simulations allowed for the precise measurement of quantities that are difficult to access during measurements. For example the velocity of the fragments, where only a small subset of pieces can be tracked during measurements, but I could analyze the statistics of the complete ensemble of particles in the simulations. I compared my theoretical results to laboratory experiments and field measurements. As part of my results I created data processing procedures which can be applied also to evaluate laboratory experiments.