בשל גודל החלקיקים הגדול ותהליך הריסוק הקצר שלממדי מינרלים, ומנגנון השבירה העיקרי הוא כשל מתיחה וגזירה, קשה לקבוע את גודל העומס והפיזור במהלך התכנון. במאמר זה, מוצעת שיטת ניתוח חוזק חדשה המבוססת על אלמנט בדיד (DEM) ואלמנט סופי (FEM) לניתוח חוזק שן מגלגלים של מינרלים. על ידי הפעלת עומסים מבוזרים, האותנטיות והדיוק של חישוב חוזק שן גלגול משתפרים. העומס המבוזר חושב על ידי תוכנת אלמנטים דיסקרטיים EDEM. במאמר זה, בהתחשב בהשפעת הגודל של חוזק החומר, בוצעו בדיקת דחיסה חד-צירית ובדיקת דיסק ברזילאי על חומרים בעלי גודל שונה, בהתאמה. חוזק הלחיצה והמתיחה של החומרים כוייל, ולבסוף נקבעו פרמטרי ההתקשרות בהדמיית אלמנטים בדידים. על ידי ניתוח תוצאות הדמיית האלמנטים הבדידים, העומס המפוזר על שיני הגלגול כאשר הכוח על שיני הגלגול הוא מקסימלי נבחר ונטען למודל FEM של שיני הגלגול בתנוחת העבודה המקבילה בזמן המקביל בסביבת ANSYS לניתוח חוזק. התוצאות מראות שעומס שן הגלגול מתפזר בעיקר בחלק האחורי של השן בזמן הטעינה המקסימלי, ויש ריכוז מתח בקדמת שורש השן.
בשנים האחרונות, עם התפתחות מודל החלקיקים, מודל המגע ומודלים מתמטיים אחרים, נעשה שימוש נרחב ועמוק בשיטת האלמנטים הדיסקרטיים במדדי המינרלים. Legendre et al. השתמשתי בתוכנת EDEM כדי לדמות ריסוק חלקיקים בודדים של מגרסה הלסתות ואימתתי את התוצאות של אופטימיזציה של צריכת האנרגיה. Cleary et al. "21" הציע אלגוריתם חישוב מודל החלפת אלמנט בדיד המבוסס על בדיקת משקל נפילה לפני דוגמנות חומר, והשתמש בטכנולוגיית סימולציית אלמנטים בדיד כדי לחקור את ההשפעות של מאפייני החומר ופרמטרים סביבתיים על ביצועי העבודה של מגרסה חרוטים. שיטת האלמנטים הדיסקרטיים (DEM) ושיטת האלמנטים הסופיים (FEM) משמשות יותר ויותר לניתוח האינטראקציה בין חומרים רופפים או שבירים לבין רצף אחר. לדוגמה, בניתוח ביצועים של מגרסה, מכונת מסך וציוד אחר, נלמדות התכונות המכניות והקינמיות של חומרים והשפעת החומרים על הציוד. בהקשר זה, תוכנת האלמנטים הבדידים EDEM פיתחה תעלת צימוד עם תוכנת האלמנטים הסופיים ANSYS Workbench, שיכולה לממש את הצימוד החד-כיווני בין האלמנט הבדיד לאלמנט הסופי. זה מתאים למצב שהעיוות של הציוד אינו גדול, וזה לא מספיק כדי להשפיע על המאפיינים המכניים והקינמטיים של החומר.
חוזק שן רולר הוא בסיס חשוב לעיצוב ואופטימיזציה של פרופיל השן. השיטה המסורתית לניתוח חוזק שיני הגלגלת לוקחת את חוזק הריסוק המרבי של החומר כערך הלחץ הלחיצה להעמיס על קצה וגב שיני הגלגלת. במאמר זה, נעשה שימוש ב-DEM FEM לניתוח חוזקן של שיניים לגלישת מינרלים. על פי תנאי הייצור בפועל של מינרלים מסוימים, הוקם מודל DEM-FEM. ב-EDEM בוצע הדמיה של תהליך הריסוק של מינרלים ונשלף מידע העומס של שיני גלגול. מודל האלמנטים הסופי של שן הגלגול הוקם ב-ANSYS Workbench, ומידע העומס של שן הגלגול הוטען על שן הגלגול באמצעות תעלת הצימוד EDEM-ANSYS Workbench, והושלם ניתוח החוזק של שן הגלגול.
במאמר זה, מודל האלמנטים הבדידים החומריים ומודל האלמנטים הסופיים של שיני הגלגול נקבעים על פי האינטראקציה בין שיני הגלגול לחומר השבור כפי שמוצג באיור 1(א). למינרלים יש את פונקציית ההקרנה. חומרים בגודל חלקיקים גדולים ישברו על ידי דירוג. חומרים בגודל חלקיקים קטנים שיכולים לעבור ישירות דרך הרווח בין גלילי השיניים לא ישברו. לכן, במאמר זה, מודל מליטה hexahedral נקבע עבור חומרים בגודל חלקיקים גדולים ומודל חלקיק בודד נקבע עבור חומרים בגודל חלקיק קטן. איור 1(ב) מציג את מודל הדבקת החלקיקים של החומר ואת מודל ה-FEM של שיני הגלגול, שבו שיני הגלגול מסתובבות נגד כיוון השעון.
במודל של חיבור חלקיקים, האלמנטים הבדידים עם רדיוסי מגע חופפים מתחברים, ויש כוחות מליטה ומומנטים בין האלמנטים המקשרים. כוח הקשר והמומנט נקבעים על ידי תזוזה. איור . 2 מציג את דיאגרמת ההתקשרות של חלקיקים i ו-j, שבהם התזוזה מיוצגת בעיקר על ידי הקשר בין מהירות וזמן. כאשר, Fn ו-F הם כוח נורמלי וכוח משיק בהתאמה; Tm ו-T הם רגעים נורמליים ומשיקים בהתאמה; A הוא אזור המגע, אחרי A=π; J הוא מומנט האינרציה, J=0.5π, m הוא רדיוס הקשר; S. ו-S הם קשיחות נורמלית ומשיקית בהתאמה; האם שלב הזמן; ו-4 הם מהירות נורמלית ומשיקית בהתאמה; והן מהירויות זוויתיות נורמליות ומשיקיות בהתאמה. כאשר הלחצים הנורמליים והמשיקים בין חלקיקים גדולים מהערכים שנקבעו, יחסי ההתקשרות של אלמנטים בדידים נפגעים [, כפי שמוצג במשוואה (2) : x