Dynamisches Verhalten von Schüttgütern beim Entleeren aus Silos

Böhrnsen, Jens-Uwe

Beim Entleeren von Schüttgütern aus Silos treten dynamische Effekte, z.B. das Siloschlagen oder das Silobrummen, auf. Zum einen wird der Silo in seiner Eigenfrequenz zu Schwingungen angeregt und zum anderen schwingen Teile der Struktur, z.B. die Silowände. Man spricht vom Siloschlagen oder auch vom Silobeben bei Frequenzen im Bereich um 10Hz und vom Silobrummen bei hörbaren Frequenzen bis etwa 1500Hz. Diese Effekte können störend sein oder sich bei Anregung von Eigenfrequenzen des Silos oder Teilen der Struktur gefährdend auf die Konstruktion auswirken. Es gilt, die Entstehung dieser Effekte zu klären und Methoden zu finden, mit denen man diese Effekte vorhersagen und die störenden Auswirkungen vermeiden kann. Ziel dieser Arbeit ist es, mit einem numerischen Modell die dynamischen Vorgänge und das Fließprofil beim Entleeren von Silos zu simulieren. Unter Verwendung eines hypoplastischen Stoffmodells mit einer Erweiterung für viskoses Materialverhalten kann mit der Finite-Element-Methode die Entleerung von Silos über einen Zeitraum von mehreren Sekunden gerechnet werden. Es werden die toten Zonen in Kernflusssilos, die Spannungszustände im Schüttgut und das dilatante Materialverhalten berechnet. Die Interaktion des Schüttgutes und der elastischen Silowand werden berücksichtigt. Zur Verifikation der Ergebnisse der Simulation werden Ergebnisse aus Experimenten herangezogen, die parallel zu dieser Arbeit am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik an Großmodellsilos durchgeführt wurden.

During the silo discharge with bulk solids, dynamic effects occur. The silo structure is excited to vibrations. Dependent on the actual frequencies, the vibrations are called silo music or silo quake. Moreover, if the frequency of excited vibrations is near to one of the eigenfrequencies of the silo or of structure parts as the silo walls, these effects are not only disturbing but may become even dangerous. Hence, it is important to clarify the formation of these effects and to find methods to predict and to prevent them. The main focus of this work is the numerical simulation of the dynamic effects and the flow profile of bulk solids during the discharge process. Applying a hypoplastic constitutive model with a new viscous extension, the silo discharge can be calculated over a period of a few seconds. The dead areas in funnel flow silos, the stress state of the bulk solids, and the dilatant behaviour are calculated. The interaction of the bulk solids with the elastic silo walls is taken into account. The results of the numerical simulation are compared with experimental data which are found by simultaneous experiments at full scale silos, carried out at the Institute of Mechanical Process Engineering.

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Böhrnsen, Jens-Uwe: Dynamisches Verhalten von Schüttgütern beim Entleeren aus Silos. 2002.

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