Zohlednění počátečního stavu může mít veliký význam pro správné chování materiálu. Důvodem je, že tímto se definuje počáteční stav napětí, od nějž se vyhodnocuje další reakce.
Poměrně názorně se to dá ukázat na příkladu geotechnických modelů materiálů, například Mohr-Coulomb a Hardening Soil modelu. Jejich mezní plochy jsou většinou závislé na hydrostatické ose. Ta je v hlavním napěťovém prostoru určena tím, že v každém bodě jsou všechny hlavní komponenty napětí stejné. Například mezní plocha podle Mohr-Coulomba je pyramida, jejíž vrchol směřuje k celkové roztaženosti a její (otevřená) základna k celkovému tlaku. Pokud je tato mezní plocha použita jako podmínka toku při stanoveném chování materiálu, znamená to, že při vyšším celkovém tlaku může být přípustná odchylka (např. jednostranný tlak nebo tah) větší, tím více je FE-prvek pod celkovým tlakem. Počáteční stav napětí se zde řídí historickým zatížením a obsahuje například vlastní tíhu zeminy a stávajících staveb. To samé platí samozřejmě i pro zpevnující chování materiálu, protože výchozí tuhost se řídí referenčním napětím.
Úprava modelu s triaxiálními podmínkami z odborného příspěvku k určení vlastností materiálu to ukazuje relativně názorně. Kromě původního izotropního počátečního stavu napětí 300 kPa byly přidány další dva s 100 kPa a 500 kPa. Na tyto tři počáteční stavy bylo poté aplikováno nucené posunutí, stlačení o 150 ‰ a roztažení o 75 ‰. Upravený model a zmíněný odborný příspěvek jsou dostupné pod následujícími odkazy.
- FAQ 5726 | Test jednotlivých prvků – Triaxiální podmínky – Model modifikovaného materiálu Zpevněná zemina
- KB 1976 | Přizpůsobení parametrů materiálu experimentálním datům
Na následujícím obrázku jsou zobrazeny konečné stavy axiálního stlačení, kde jsou porovnány Von Misesova srovnávací napětí a deformace. Jak je zde vidět, počáteční sklon (tuhost) se zvyšuje s vyšším celkovým tlakem v počátečním stavu. To platí i pro dosažení napěťové plošiny.
Pro axiální protažení prvku ukazuje následující skupina výpočetních diagramů maximální smykové napětí vůči první plastické hlavní normálové deformaci. I zde lze ukázat stejné chování pro počáteční tuhosti a dosažení napěťové plošiny.
