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Forces experienced by the walls of a granular lid-driven cavity

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Pour citer ce document :
URI: http://hdl.handle.net/2042/57143
Title: Forces experienced by the walls of a granular lid-driven cavity
Author: Kneib, François; Dufour, Frédéric; Naaim, Mohamed
Abstract: Les écoulements granulaires sur plan incliné et impactant un mur ont été étudiés en détail les années passées (voir [1]). Les écoulements stationnaire et transitoire ont été analysés à travers des simulations aux éléments discrets et des expérimentations de laboratoire, et comparés à des solutions analytiques. Le rôle crucial de la co-existance entre une zone morte quasistatique, composée de grains bloqués en amont du mur, et une zone plus inertielle, composée de grains qui s'écoulent par-dessus la zone morte, a été mis en évidence. Jusqu'à présent l'effort de recherche a été principalement axé sur la force exercée sur le mur moyennée dans le temps, laissant en suspens la question de la force instantanée qui présente systématiquement de fortes fluctuations temporelles. La coexistance d'une une zone inertielle qui surplombe une zone morte est probablement à l'origine de ces fortes fluctuations. Comme l'obstacle n'est en contact qu'avec la zone morte, c'est cette dernière qui assure la transmission de force --et ses fluctuations-- sous diverses conditions qui dépandent de l'écoulement granulaire inertiel. Nous avons réalisé des simulations par la méthode des éléments discrets d'une cavité granulaire entraînée dont le but est d'imiter l'interaction entre un écoulement à surface libre et un mur afin de mieux comprendre les mécanismes de transmission de force et les fluctuations temporelles. Un échantillon de grains à échelle réduite est enfermé entre un mur inférieur rugueux, un mur supérieur rugueux de longueur infinie et deux murs latéraux orthogonaux au cisaillement. Le mur supérieur cisaille l'échantillon à vitesse constante horizontale tout en appliquant une pression verticale constante. On mesure la force exercée sur le mur latéral qui fait face au cisaillement. Lorsque l'état stationnaire est atteint, la force moyenne est étudiée en fonction des paramètres suivants : la vitesse de cisaillement du mur supérieur, la pression de confinement exercée par le mur supérieur et la longueur de la cavité. Différents régimes ont été mis en évidence en fonction du facteur de forme de la cavité et du nombre inertiel macroscopique. Compte-tenu des travaux précédents dans le domaine des milieux granulaires appliqués à d'autres systèmes (voir [1] et [2]), la transmission de force moyennée dans le temps a été analysée et une étude préliminaire sur les fluctuations temporelles a été réalisée. Nous présentons tout d'abord le contrôle de la transmission de force moyennée dans le temps par le nombre inertiel macroscopique qui reflète le régime d'écoulement. Puis nous montrons que les distributions de la force instantanée sont également gouvernées par le nombre inertiel macroscopique.
Subject: granular flow; lid-driven cavity; wall; force; fluctuations
Publisher: AFM, Association Française de Mécanique
Date: 2015

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