Estado Tensional en Tolvas. Modelo del Llenado y Vaciado

Abstract

Se consideran modelos bidimensionales de deformación plana o axilsimetría para la predicción de los estados tensionales que se producen en materiales granulares y las solicitaciones que ejercen sobre la estructura de las tolvas que los contienen. Se utiliza una formulación de sólido con una ley
constitutiva elástica no lineal plástica con endurecimiento isotrópico para el grano. La estructura se considera infinitamente rígida. Para el grano se utilizan elementos cuadrilaterales con una formulación Lagrangeana
actualizada y una integración explícita en el tiempo. En la superficie de contacto entre el grano y la pared se aplican las condiciones de contacto mecánico con fricción. El llenado progresivo se simula por la adición de capas de material que ingresan en distintos tiempos, se dota al material de un adecuado amortiguamiento por considerar que es un proceso cuasi estático. Finalizado el llenado, para iniciar el vaciado se remueve la condición de contacto correspondiente a la tapa del descargador y se elimina el amortiguamiento del material. La ley constitutiva modela la pérdida de rigidez del grano al disminuir la presión cuando el material sufre una expansión volumétrica, incluyendo la posibilidad de perder su capacidad
de transmitir fuerzas internas, aun cuando el grano permanece dentro de la tolva. Cuando todos los nodos de un elemento de grano están fuera de la tolva se considera que el material salió y se elimina la contribución del elemento a la masa y a las fuerzas del sistema. Se presentan ejemplos de tolvas con diferentes ángulos de inclinación de la pared respecto de la horizontal.