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Higher-order constitutive relations for granular materials: a multi-scale approach

Description du projet

Une meilleure prédiction du comportement des matériaux granulaires, basée sur leur comportement à échelle réduite

Les matériaux granulaires composés de nombreuses particules macroscopiques sont communément utilisés dans de nombreuses applications, du ciment et du sable pour la construction aux poudres pharmaceutiques et aux nanomatériaux pour l’électronique, etc. Le comportement des matériaux granulaires lorsqu’ils sont soumis à de grandes déformations présente un intérêt particulier. Tant les propriétés microscopiques que les comportements macroscopiques doivent être représentés de manière adéquate. Le projet ICARUS, financé par l’UE, développe des simulations numériques multi-échelles qui permettent de surmonter les difficultés rencontrées par les différentes méthodologies actuellement employées, améliorant ainsi notre capacité à minimiser les risques associés aux catastrophes naturelles.

Objectif

The mechanical behaviour of granular materials subjected to large deformations is important in many problems in science and engineering. Current numerical simulation methods using zeroth-order constitutive relations give results that are dependent on the employed mesh size. This problem can be circumvented by using higher-order constitutive relations. However, current higher-order constitutive relations are heuristic, thus in many cases the results are still mesh-size dependent. Using an innovative multi-scale approach, I will constructively challenge current higher-order continuum theories from a fundamental perspective, namely by consideration of the underlying microstructure, in order to obtain mesh-independent solutions. In ICARUS, I will: 1) develop micromechanical expressions for three-dimensional higher-order strain and stress tensors for granular materials, 2) construct higher-order constitutive models within the thermodynamic framework, based on micromechanical analyses of DEM simulations, and 3) demonstrate their capabilities in solving “benchmark” geotechnical large-deformation problems. My investigation results in a computational simulation method that provides valuable insights in large-deformation engineering problems and thus will aid in assessing and reducing risks of natural hazards, with benefits for society. Under the guidance of Prof Kruyt, an internationally-recognised expert on micromechanics of granular materials, and of my high-level international steering committee, I will acquire deep knowledge on granular micromechanics and higher-order continuum theories. This lays a solid foundation for my scientific career. ICARUS paves the way for my ambition to become an outstanding independent researcher on multi-scale studies of granular materials, by significantly strengthening my scientific skills and track record, enhancing my mentoring and teaching capabilities and expanding my international scientific network.

Régime de financement

MSCA-IF-EF-ST - Standard EF

Coordinateur

UNIVERSITEIT TWENTE
Contribution nette de l'UE
€ 187 572,48
Adresse
DRIENERLOLAAN 5
7522 NB Enschede
Pays-Bas

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Région
Oost-Nederland Overijssel Twente
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 187 572,48