Deslocamento de um intruso em um meio granular

Resumo

O movimento de um intruso sólido em um meio granular é frequente na natureza e nas atividades humanas. Alguns exemplos são o movimento de animais e máquinas sobre e no interior de meios granulares, a penetração e o impacto de objetos sólidos na areia, e aplicações geoespaciais, como o pouso de sondas espaciais em outros planetas. A física por trás da dinâmica desses movimentos permanece pouco compreendida e questões relacionadas à evolução de redes de força e contato, à ocorrência de "jamming" e bloqueios e à taxa de deslocamento de grãos precisam ser melhor investigadas. Este projeto consiste em investigações numéricas e experimentais do problema. Ainda, métodos analíticos também devem ser empregados na busca de um modelo para o problema. A parte experimental consistirá de um intruso afixado na parte superior de uma célula de Couette preenchida com discos fotoelásticos, e será posta em movimento de modo que o intruso e os grãos tenham um movimento relativo. O movimento dos grãos será rastreado e os deslocamentos e padrões de contato serão identificados. Além disso, com o uso de luz e polarizadores adequados, mediremos a evolução das redes de forças e de contato. A parte numérica consistirá em simulações CFD-DEM do mesmo problema. Com as técnicas numéricas e experimentais propostas, seremos capazes de entender melhor a formação de redes de forças e tensões, analisar a taxa de deslocamento dos grãos, e acessar zonas bloqueadas ou estagnadas. Pretendemos propor um novo modelo para prever as trajetórias dos grãos e a força resultante sobre o intruso, avançando a compreensão atual sobre meios granulares. Este projeto faz parte de um projeto maior, jovem pesquisador fase dois da FAPESP, processo nº 2018/14981-7, e é provável que parte do trabalho seja realizada em colaboração com Douglas Jerolmack, da Universidade da Pensilvânia, com quem o orientador está atualmente escrevendo um artigo sobre "jamming problems". (AU)