Capítulo 3: Análisis de resultados
3.3 Caracterización estadística de los empaqueta mientos obtenidos
3.3.4 Comprobación de la Isotropía de los empaquetamientos
Al igual que en los epígrafes anteriores, se plantea que los empaquetamientos son isótropos; luego, apoyándonos en el software desarrollado en esta investigación, se busca rechazar la hipótesis nula, en este caso de que los
Capítulo 3: Análisis de resultados
/ 75
75
empaquetamientos no son isótropos. Para que una estructura se considere isótropa, basta con que lo sea a nivel micro ó a nivel macro (HE, 2001). En la
siguiente tabla se pueden observar los resultados por variante algorítmica y distribución:
Isotropía
Heurística Uniforme Exponencial Rayleigh Laplace Logistica T Gauss
Aleatorio_1ra-Disponible TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Aleatorio_Ancho TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Aleatorio_Info-Adicional TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Aleatorio_Profundo TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Ancho_1ra-Disponible TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Ancho_Ancho TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Ancho_Info-Adicional TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Ancho_Profundo TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Profundo_1ra-Disponible TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Profundo_Ancho TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Profundo_Info-Adicional TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Profundo_Profundo TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE TRUE
Fig. 56 Valo res obtenidos para al análisis de la isotropía.
Como se observa en la anterior tabla, todas las variantes generan empaquetamientos isotrópicos con cada distribución, pues rechaza la hipótesis nula de que los empaquetamientos no son isótropos.
3.4 Conclusiones parciales.
Se logró hacer un ordenamiento de las variantes algorítmicas respecto a los criterios de fracción de volumen y velocidad de generación. Para la distribución exponencial, por ejemplo, los mejores desempeños para los radios de 1 a 2 son obtenidos por la variante ancho-ancho ([0-0]) y profundo-ancho ([1-0]). Se evaluaron los empaquetamientos con el software desarrollado y se llegó a los siguientes resultados: los empaquetamientos obtenidos son aleatorios e isótropos para todas las variantes y distribuciones estudiadas, sin embargo estos no son homogéneos para ninguna de las variantes.
Conclusiones
/ 76
76
Conclusiones
Este trabajo ha permitido asistir la investigación en el campo del Método de Elementos Discretos, específicamente en los algoritmos de generación de partículas para el empaquetamiento o generación del medio como fase previa de dicho método. En este sentido a modo de conclusión se pueden expresar varios aspectos:
Se ha presentado una metodología que permite analizar, desde un punto de vista estadístico, la estructura geométrica de sistemas de partículas de un algoritmo de empaquetamiento cualquiera.
Basándose en un estudio estadístico sobre una muestra de 50 empaquetamientos para cada variante algorítmica y distribución analizada, se realizó un ordenamiento de dichas variantes en cuanto a los criterios de fracción de volumen y velocidad de generación.
Se propusieron nuevos estadísticos para cuantificar la aleatoriedad de los empaquetamientos, tales como la verificación del ajuste a la distribución uniforme de las coordenadas de los centros y el cálculo de la varianza de la densidad local.
Se logró una implementación computacional de las técnicas estadísticas propuestas en (HE, 2001) que sirvió de base para la verificación de la
aleatoriedad, homogeneidad e isotropía de los empaquetamientos obtenidos, teniéndose como resultado que los empaquetamientos son aleatorios e isótropos, sin embargo no presentan homogeneidad en su estructura.
Recomendaciones
/ 77
77
Recomendaciones.
Como parte del trabajo realizado, se recomienda:
Extender las formulaciones del estudio de aleatoriedad a partículas de otras formas distintas a la esfera, debido a que esta última no es el único tipo de forma geométrica empleada en el MED.
Cuando las partículas son de tamaños muy diferentes, el algoritmo formulado en (MUNJIZA, 1998) puede ser ineficiente, por lo que en un
trabajo futuro se deben implementar métodos que tengan esto en cuenta, como puede ser (HAN, 2005).
Referencias Bibliográficas
/ 78
78
Referencias Bibliográficas
ALBERT-FERREZ, J. (2001) Dynamic Triangulations for efficient 3D simulation of granular materials. EPFL, These No. 2432.
BANGASH, T., AND MUNJIZA, A (2002) A Computationally Efficient Bea Element for FEM/DEM Simulations of Structural Failure and Collapse. IN COOK BK, J. R. (Ed.) Discrete Element Methods. Santa Fe, New Mexico, USA.
BEZRUKOV, A. S., D.; BARGIEL, M. (2000) Spatial statistics for simulated packings of spheres. Image Anal Steorol, pp. 203-206.
CUNDALL, P. A. (1971) A computer model for simulating progressive, large scale movements in blocky rock systems. Symposium Soc. Internat. Mécanique des Roches, 28.
ENTHOUGHT http://en.wikipedia.org/wiki/Scipy
FENG, Y. T., K. HAN AND D. R. J. OWEN (2002) An Advancing Front Packing of Polygons, Ellipses and Spheres. IN COOK BK, J. R. (Ed.) Discrete Element Methods. Santa Fe, New Mexico, USA.
FENG, Y. T., K. HAN AND D. R. J. OWEN (2003) Filling domains with disks: an advancing front approach. International journal for numerical methods in engineering, 53, 699–713.
GALASSI, M. E. A. (2006) GNU Scientific Library, Reference Manual, Edition 1.8 for GSL Version 1.8.
GAO, J. B. C. S. O. H. G. J. (2007) Testing the equal-probability assumption for jammed particle packings. Rep. Inst. Fluid Science, 19.
GOODMAN, J. E. (1997) Handbook of Discrete and Computational Geometry
HAN, K., PERIC, D., CROOK, A.J.L., AND OWEN, D.R.J (2000a) A combined finite/discrete element simulation of shot peenig processes. Part I: studies on 2D interaction laws. Engineering Computations.
HAN, K., PERIC, D., OWEN, D.R.J., AND YU, J (2000b) A combined finite/discrete element simulation of shot peenig processes. Part II: 3D interaction laws.
Engineering Conputations.
HAN, K., Y.T. FENG, D.R.J. OWEN (2005) Sphere packing with a geometric based compression algorithm. Powder Technology, 155, pp. 33-41.
HE, D., N. N. EKERE, L. CAI. (2001) New statistic techniques for structure evaluation of particle packing. Materials Science and Engineering. A298 209-215.
Referencias Bibliográficas
/ 79
79 HENTZ, S., DAUDEVILLE, L., AND DONZE, F.V. (2004) Identification and Validation of
a Discrete Element Model for Concrete. ITASCA http://www.itascacg.com
ITASCA, C. G. (1999) PFC2D.
KOZICKI, J., F.V. DONZÉ (2008a) A new open-source software developed for numerical simulations using discrete modeling methods. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering.
KOZICKI, J., F.V. DONZÉ (2008b) YADE-OPEN DEM: an open-source software using a discrete element method to simulate granular material. Engineering Computations.
LÖHNER, R., E. OÑATE (2004) A general advancing front technique for filling space with arbitrary objects. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 61, 1977–1991.
LUBACHEVSKY, B. D., F. H. STILLINGER (1990) Geometric properties of random disk packings. Journal of Statistical Physics, 60(5), pp. 561-583.
MOHAMMADI, S. (2003) Discontinuum Mechanics using finite and discrete elements.
Wit Press.
MÖLLER, T., E. HAINES, A. K. PETERS (1999) Real-Time Rendering.
MORALES, I. P. & BRITO., Y. P. (2007) Algoritmo de empaquetamiento de partículas., UCLV.
MUNJIZA, A. (2004) The combined Finite-Discrete Element Method. John Wiley & Sons, Ltd.
MUNJIZA, A. A. A., K.R.F. (1998) NBS contact detection algorithm for bodies of similar size. International Journal of Numerical Methods in Engineering, 43, pp. 131-149. OÑATE, E., AND ROJEK. J. (2004) Combination of discrete element and finite element methods for dynamic analysis of geomechanics problems. Comput. Methods Appl. Mech. Engrg.
OWEN, Y. T. F. K. H. A. D. R. J. (2003) Filling domains with disks: an advancing front approach. International journal for numerical methods in engineering, 53, 699– 713.
PÉREZ BRITO, Y. (2007) Implementación del empaquetamiento en el Método de Elementos Distintos. Departamento de Computación. Santa Clara, Universidad Central "Marta Abreu" de las Villas.
Referencias Bibliográficas
/ 80
80 PERKINS, E., J.R. WILLIAMS (2001) CGrid: neighbor searching for many body
simulation. 4th Int. Conf. on Analysis of Discontinuous Deformation. Glasgow. ROSELLÓ VALERA, R. (2007) Biblioteca de clases para la fase de empaquetamiento
en el Método de Elementos Discretos. Departamento de Computación. Santa Clara, Universidad Central ""Marta Abreu" de las Villas.
RYCROFT, C. H., M. Z. BAZANT, G. S. CREST, J. W. LANDRY (2006) Dynamics of random packings in granular flow Physical Review E73, 051306
SAKAGUCHI, H., MURAKAMI, A. (2002) Initial packing in discrete element modelling. In Discrete Element Methods. IN COOK BK, J. R. (Ed.) ASCE. New York.
SAMET, H. (1994) The design and analysis of spatial data structures.
SAUCIER, R. (2000) Computer Generation of Statistical Distributions. ARL-TR-2168. STOYAN, D. W. S. K. J. M. (1995) Stochastic geometry and its applications.
STRACK, P. A. C. A. O. D. L. (1979) A discrete numerical method for granular assemblies. Geotechnique.
SUTOU, A., Y. DAI (2002) Global optimization approach to unequal sphere packing problems in 3D. Journal of Optimization Theory and Applications, 114 pp. 671- 694.
TORQUATO, S., T. M. TRUSKETT, P. G. DEBENEDETTI (2000) Is Random Close Packing of Spheres well defined? Physical Review Letters pp. 2064-2067
Anexo
/ 81
81