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Transient stress and fabric model for quasi-static granular flows in three dimensions
Indexado
WoS WOS:001451943700001
Scopus SCOPUS_ID:105002678749
DOI 10.1039/D4SM01535E
Año 2025
Tipo artículo de investigación

Citas Totales

Autores Afiliación Chile

Instituciones Chile

% Participación
Internacional

Autores
Afiliación Extranjera

Instituciones
Extranjeras


Abstract



We present and validate a general three-dimensional continuum model for predicting the coupled fabric and stress transient response in 3D dense granular flows for the quasi-static regime. The model is inspired by isotropic and kinematic hardening theory, which is widely applied to plastic loading cycles in metals, which constitutes a connection between two different flowing materials through the same plastic modeling framework. The first part of the model consists of a differential evolution equation for the fabric tensor, which incorporates a new parameter called contact persistence to model the capacity of the fabric network to keep its contacts according to the relative direction of the shear-rate. The second part of the model is an expression for the shear stress comprised of a backstress, proportional to the fabric tensor, and a term proportional to the shear-rate direction. This shear stress decomposition was obtained from DEM data extracted within a 3D Couette cell during unsteady processes wherein the shear-rate direction rotates instantaneously with respect to the axis perpendicular to the walls of the cell. The results of the model are compared with DEM simulations for different changes in shear orientation, achieving a good agreement for the evolution of the fabric and deviatoric stress tensors. The model is shown to be compatible with the second law of thermodynamics, revealing that the origin of the backstress flow resistance in granular media is distinct from the cause of backstresses in metals; rather than arising from stored defect energy, it arises from the dependence of dilatancy on the alignment of the fabric and flow-rate.

Revista



Revista ISSN
Soft Matter 1744-683X

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Disciplinas de Investigación



WOS
Physics, Multidisciplinary
Chemistry, Physical
Materials Science, Multidisciplinary
Polymer Science
Scopus
Sin Disciplinas
SciELO
Sin Disciplinas

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Publicaciones WoS (Ediciones: ISSHP, ISTP, AHCI, SSCI, SCI), Scopus, SciELO Chile.

Colaboración Institucional



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Autores - Afiliación



Ord. Autor Género Institución - País
1 Rojas, Eduardo - Universidad de Antofagasta - Chile
2 Kamrin, Ken - UNIV CALIF BERKELEY - Estados Unidos
Department of Mechanical Engineering - Estados Unidos

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Financiamiento



Fuente
FONDECYT
Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico
Army Research Office
Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo
ANID-Chile
Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo (ANID-Chile)

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Agradecimientos



Agradecimiento
E. R. thanks Agencia Nacional de Investigacion y Desarrollo (ANID-Chile) for financially supporting this research through Fondecyt Grant 11230970. K. K. thanks support from Army Research Office grant W911NF-23-1-0227.
E. R. thanks Agencia Nacional de Investigaci\u00F3n y Desarrollo (ANID-Chile) for financially supporting this research through Fondecyt Grant 11230970. K. K. thanks support from Army Research Office grant W911NF-23-1-0227.

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