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Particle shape dependence in 2D granular media

Authors :
Krzysztof Szarf
Emilien Azéma
C. Nouguier-Lehon
Vincent Richefeu
Jean-Yves Delenne
Pascal Villard
Charles Voivret
Gaël Combe
Philippe Sornay
B. Saint-Cyr
Cegeo
Farhang Radjai
Marie Chaze
Physique et Mécanique des Milieux Granulaires ( PMMG )
Laboratoire de Mécanique et Génie Civil ( LMGC )
Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Montpellier ( UM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Laboratoire sols, solides, structures - risques [Grenoble] ( 3S-R )
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF ) -Institut National Polytechnique de Grenoble ( INPG ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Grenoble Alpes ( UGA )
Département recherche et développements ( R&D - SNCF )
SNCF
École Centrale de Lyon ( ECL )
Université de Lyon
Laboratoire Sols, Solides, Structures ( 3S )
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 ( UJF )
Laboratoire des Combustibles Uranium ( LCU )
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA )
Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes ( LTDS-ENSMSE )
École des Mines de Saint-Étienne ( Mines Saint-Étienne MSE )
Institut Mines-Télécom [Paris]-Institut Mines-Télécom [Paris]-École Centrale de Lyon ( ECL )
Université de Lyon-Université de Lyon-Ecole Nationale d'Ingénieurs de Saint Etienne-Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Physique et Mécanique des Milieux Granulaires (PMMG)
Laboratoire de Mécanique et Génie Civil (LMGC)
Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire sols, solides, structures - risques [Grenoble] (3SR)
Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Département recherche et développements (R&D - SNCF)
École Centrale de Lyon (ECL)
Laboratoire Sols, Solides, Structures (3S)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)
Laboratoire des Combustibles Uranium (LCU)
Service d'Analyses, d'Elaboration, d'Expérientations et d'Examens des combustibles (SA3E)
Département d'Etudes des Combustibles (DEC)
CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN))
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Département d'Etudes des Combustibles (DEC)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes (LTDS)
Université de Lyon-Université de Lyon-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-Ecole Nationale d'Ingénieurs de Saint Etienne-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Société Nationale des Chemins de Fer Français (SNCF)
Ingénierie des Agro-polymères et Technologies Émergentes (UMR IATE)
Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)-Institut national d'enseignement supérieur pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (Institut Agro)
Université de Lyon (COMUE)
French government
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Lyon-Université de Lyon-École Nationale des Travaux Publics de l'État (ENTPE)-Ecole Nationale d'Ingénieurs de Saint Etienne (ENISE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
EPL-Europhysics Letters, EPL-Europhysics Letters, European Physical Society/EDP Sciences/Società Italiana di Fisica/IOP Publishing, 2012, 98 (4), pp.44008, EPL-Europhysics Letters, European Physical Society/EDP Sciences/Società Italiana di Fisica/IOP Publishing, 2012, 98 (4), pp.44008. ⟨10.1209/0295-5075/98/44008⟩, EPL-Europhysics Letters, European Physical Society/EDP Sciences/Società Italiana di Fisica/IOP Publishing, 2012, 98 (4), ⟨10.1209/0295-5075/98/44008⟩, EPL-Europhysics Letters, 2012, 98 (4), pp.44008. ⟨10.1209/0295-5075/98/44008⟩
Publication Year :
2012
Publisher :
HAL CCSD, 2012.

Abstract

Particle shape is a key to the space-filling and strength properties of granular matter. We consider a shape parameter $\eta$ describing the degree of distortion from a perfectly spherical shape. Encompassing most specific shape characteristics such as elongation, angularity and nonconvexity, $\eta$ is a low-order but generic parameter that we used in a numerical benchmark test for a systematic investigation of shape-dependence in sheared granular packings composed of particles of different shapes. We find that the shear strength is an increasing function of $\eta$ with nearly the same trend for all shapes, the differences appearing thus to be of second order compared to $\eta$. We also observe a nontrivial behavior of packing fraction which, for all our simulated shapes, increases with $\eta$ from the random close packing fraction for disks, reaches a peak considerably higher than that for disks, and subsequently declines as $\eta$ is further increased. These findings suggest that a low-order description of particle shape accounts for the principal trends of packing fraction and shear strength. Hence, the effect of second-order shape parameters may be investigated by considering different shapes at the same level of $\eta$.<br />Comment: 5 pages, 8 figures

Details

Language :
English
ISSN :
02955075 and 12864854
Database :
OpenAIRE
Journal :
EPL-Europhysics Letters, EPL-Europhysics Letters, European Physical Society/EDP Sciences/Società Italiana di Fisica/IOP Publishing, 2012, 98 (4), pp.44008, EPL-Europhysics Letters, European Physical Society/EDP Sciences/Società Italiana di Fisica/IOP Publishing, 2012, 98 (4), pp.44008. ⟨10.1209/0295-5075/98/44008⟩, EPL-Europhysics Letters, European Physical Society/EDP Sciences/Società Italiana di Fisica/IOP Publishing, 2012, 98 (4), ⟨10.1209/0295-5075/98/44008⟩, EPL-Europhysics Letters, 2012, 98 (4), pp.44008. ⟨10.1209/0295-5075/98/44008⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....77a33fa7cc16c189079f04845e18b6ea