A szimulációról és az épített modellről, a modell alapjairól

A szimuláció alapjait egy példán keresztül illusztrálva szeretnénk bemutatni: vegyünk egy szemcsét, melyen egy érintkezéses kapcsolatban ébredő erő hatására elmozdulások keletkeznek (ezt akár szemcsehalmaznak is tekinthetjük). Az el­mozdulások a meglévő érintkezések meg­szűnésével és újabb érintkezések kialakulásával járnak, de ezekben az érintkezési pontokban is ébrednek erők. Ezt nevezzük „ciklusozásnak”, amelyet az előírt határértékig végez a szoftver, és végül ez a folyamat az ún. egyensúlyi állapot kialakulásához vezet.

A vasúti zúzottkő ágyazati szemcsék aprózódását a laboratóriumi vizsgálatokban egy 160 mm külső átmérőjű KPE (kemény polietilén) csőben figyeltük meg. A csövet 1200 g/m2-es geotextíliával béleltük ki. A csövet nagyjából 15 cm magasságig töltöttük meg szabvány szerinti 31,5/50 mm szemcsenagyságú vasúti zúzottkővel (kétféle bányából származó andezittel). Így értük el a körülbelül egyenlő magasság-szélesség arányt, amelyet a vizsgálat során használt CT-készülék határozott meg. Egy kőanyaghalmaz nagyjából 16-20 db, egyesével lemért és lefotózott kőzetszemcséből állt [1].
Ettől kicsit eltérő modellt tudtunk megalkotni a DEM alkalmazásával. A valóságban egy hozzávetőlegesen 14 cm belső átmérőjű hengert kb. 15 cm magasságban feltöltve törtünk nagyjából két tucat, éles sarkokkal rendelkező és hosszúkás-kubikus alakú követ. A szimulációban 2-2,5 cm oldalú téglatest alakú tartályba terheltünk három tucat gömb formájú makroszemcsét. Ennek az volt az oka, hogy a 4.0-s PFC3D verzió lényegesen kevesebb elemszámmal képes dolgozni az aprózódási számításoknál, és a futtatások időszükséglete is exponenciálisan nő az alkalmazott elemek számával akár az 5.0 vagy 6.0 verziókhoz képest.
Kísérletet tettünk apró szemcsés (zúzalékos) laboratóriumi vizsgálatra is. A kerti locsolórendszerekhez is használható alkatrészekből (KPE 25-ös cső – külső át­mérője 25 mm, falvastagsága 2,3 mm –, valamint KPE 25-ös végzáró kupak) összeállítottunk több, mérésekhez szükséges befoglaló csődarabot (próbatestet), melybe csövenként kb. 25-25 db NZ 4/8 szemcséket töltöttünk andezitanyagból. A próbatestek az 1. ábrán láthatók. A zúzalék kőzetfizikai paraméterei 10/14-es frakción végezve: LA: 13,2%, mDE: 23,4%. Az apró szemcsés DEM-szimulációk ezen laboratóriumi vizsgálatok figyelembevételével készültek.
A 2. ábrán a terhelési kialakítást mutatjuk be, a minták terhelését ZD–40 típusú törőgéppel végeztük.
 Összesen 6 mintát vizsgáltunk egyirányú (függőleges) nyomással: 3 mintát max. 300 kPa (1., 2. és 4. számú minták), további 3 mintát max. 900 kPa terheléssel (3., 5. és 6. számú minták) egylépcsős terheléssel (ld. [1]).

Mindegyik zúzalékmintáról az előző cikkünkben [1] bemutatott módon CT röntgenfelvételt készítettünk Fekete Imre tanszéki mérnök kollégánk segítségével a terhelés előtti és terhelés utáni állapotokról, ezt a 3–4. ábrák mutatják be (főleg az elmozdulások figyelhetők meg). Ennél a mérésnél nem végeztünk külön számozást, mérlegelést és egyenkénti fotózást a zúzalékszemcséknél, mint a 31,5/50-es zúzottkő ágyazattal végzett mérésünkkor.
A laboratóriumi minták terhelési grafikonjait a DEM-es modellezéssel együtt közöljük az „Eredmények” fejezetben.