بسته‌بندی ذرات تصادفی به منظور استفاده از آنها به عنوان ورودی اولیه تحلیل‌های عددی مواد ناپیوستار

Abstract

امروزه روش‌های تحلیل عددی نقش عمده‌ای را در پیشرفت علم بازی کرده و توانایی خود را در حل مسائل فیزیکی با دقت بالا به اثبات رسانیده‌اند. روش‌های تحلیل عددی بسیار متنوع هستند ولی بیشتر این روش‌ها‌، مانند روش اجزاء محدود، برای مدلسازی محیط‌ها‌ی پیوستار استفاده می‌شوند. یکی از روش‌های تحلیل عددی که برای مدلسازی محیط‌ها و مواد ناپیوستار استفاده می‌شود، روش المان مجزا است. معمولاً در این روش، مواد ناپیوستار به صورت مجموعه‌ای از بلوک‌ها‌ی(ذرات) مجزا در نظر گرفته می‌شوند که این بلوک‌های مجزا می‌توانند به صورت صلب یا تغییر شکل‌پذیر رفتارکرده و هم‌چنین امکان جابه‌جایی‌ها و چرخش‌های بزرگ ‌را داشته باشند. مواد ناپیوستار، مانند سنگ‌ها و مواد گرانول، دارای ذراتی با شکل تصادفی و نامنظم هستند. لذا ایجاد یک الگوریتم به منظور شبیه‌سازی ذرات تصادفی، بسته‌بندی آنها و در نهایت استفاده از این مجموعه ذرات بسته‌بندی شده به عنوان ورودی اولیه نرم‌افزارهایی که از روش المان مجزا استفاده می‌کنند؛ می‌تواند کمک شایانی در تحلیل محیط‌ها و مواد ناپیوستار، مخصوصاً در مکانیک پودر، صنایع معدنی، مکانیک سنگ، جریان مواد گرانول و غیره ‌انجام دهد. در این مقاله ابتدا یک الگوریتم جدید برای تشخیص برخورد و بسته‌بندی احجام تصادفی از طریق تعریف نقاط کنترل، ارائه می‌گردد. از ویژگی‌های این الگوریتم بسته‎‌بندی آن است که قابلیت بسته‌بندی ذرات با هر شکلی را دارد. سپس با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات، حالت بهینه این الگوریتم بسته‌بندی، برای N ذره به دست آورده می‌شود. در نهایت به منظور اعتبار بخشی به این الگوریتم بهینه‌سازی شده، نتایج حاصل از آن با نتایج حاصل از الگوریتم‌های بسته‌بندی موجود مقایسه می‌شود. نتایج حاصل از این الگوریتم، افزایش کیفیت و تراکم بسته‌بندی اولیه ذرات را نسبت به روش بسته‌بندی دیجیتال نشان می‌دهد که این امر نمایانگر کارایی و قابلیت بالای این روش بسته‌بندی جدید است.