Clump trong PFC

Clump, tạm dịch là khối hạt, có thể coi là một phần tử trong PFC. Clump là tập hợp các hạt cầu hoặc tròn xếp chồng lên nhau như một khối rắn. Mục đích chính của clump là tạo ra phần tử có hình thù nhất định, thay cho việc dùng phần tử cầu hoặc tròn lý tưởng. Các tiếp xúc (contact) bên trong clump (giữa các hạt tạo thành clump) sẽ không được xét tới trong quá trình tính toán, lực tiếp xúc bên trong khối hạt không tồn tại. Các tiếp xúc bên ngoài của phần tử clump với các phần tử khác vẫn được xét tới.

Hình 1. Phần tử trong PFC3D. Trái: phần tử ball hình cầu; Phải: phần tử clump với hình dạng bất kỳ.
Clump khác với Cluster (tạm dịch là cụm hạt), là tập hợp các hạt được các liên kết với nhau bởi liên kết (bond). Clump không thể bị phá vỡ trong khi cluster có thể bị phá vỡ tại vị trí các bond khi mà ứng suất tại bond vượt quá cường độ của bond. Chính đặc điểm này giúp việc dùng clump sẽ giảm nhiều công tính toán so với việc dùng Cluster. Tuy nhiên, đó cũng là một hạn chế của Clump vì không thể dùng để mô phỏng quá trình vỡ hạt dưới tác dụng của áp lực.

Việc dùng clump giúp tạo ra các hạt có hình thù bất kỳ cho mô hình. Cũng như Cluster, Clump giúp cho việc mô phỏng hình dạng hạt vật liệu vật liệu gần với thực tế hơn. Clump có thể đơn giản cấu tạo bởi một vài ball (Hình 2), hoặc có thể chi tiết hơn bởi nhiều ball (Hình 3), hoặc có thể rất chi tiết bởi rất nhiều ball. Lý thuyết là vậy, để hình thù hạt trong mô hình càng sát với thực tế thì số lượng hạt hợp phần trong một clump phải càng nhiều. Điều này sẽ dẫn tới việc tính toán mô hình trở nên nặng nề hơn. Do đó, để việc mô phỏng phù hợp, tùy vào điều kiện thiết bị máy tính và mục đích của việc mô phỏng mà lựa chọn clump cho với số lượng ball hợp phần phù hợp.

Hình 2. Các Clumps đơn giản mô tả hình dạng hạt vật liệu. Theo Nguyen, Q. T.; Konietzky, H., (2013)


 Hình 3 : Các clumps được tạo bởi nhiều hạt cầu (trung bình khoảng 21 ball cho 1 clump). Theo Lu, M., & G. McDowell, (2007)
Thông thường, khi mô phỏng tập hợp các hạt vật liệu rời hay khối vật liệu cấu tạo bởi nhiều hạt vật liệu, nên chọn clump càng ít hạt hợp thành mà vẫn mô phỏng được đối tượng là tốt nhất. Việc này phải thông qua điều chỉnh thông số  mô hình mà quyết định khả năng áp dụng clump vào mục đích nghiên cứu sao cho phù hợp. Trường hợp mô phỏng 1 hạt hay một vài hạt riêng lẻ, ví dụ như mô phỏng quá trình lăn 1 tảng đá hay va chạm của 2 vật thể có hình thù nhất định, đặc điểm hình dạng sẽ quyết định ứng xử mô hình, lúc này mới cần phải phản ánh hình dạng hạt sát thực tế.
Một số hình dạng sử dụng clump: hạt gạo

 

Tài liệu tham khảo
Lu, M., & G. McDowell, (2007). The importance of modelling ballast particle shape in the discrete element method. Granular Matter 9: 69-80.
Nguyen, Q. T.; Konietzky, H., (2013): DEM simulation of mechanical lab tests for coarse-grained granular material., In: Proc. Int. Conference for Geotechnics for Sustainable Development, Geotechnics for Sustainable Development (Ed.: P.D. Long), Construction Publishing House, Hanoi and Vietnam, S. 787-795.