Głównym problemem przy korzystaniu z nieliniowych modeli materiałowych są często potrzebne do tego parametry materiałowe. Dotyczy to również zmodyfikowanego modelu materiałowego Hardening Soil, wykorzystanego w niniejszym artykule. Ten artykuł fachowy dotyczy iteracyjnego dostosowania tych parametrów poprzez porównanie opublikowanych danych pomiarowych z wynikami symulacji MES. Badania te nawiązują do publikacji Bower et al. [1], która z kolei odnosi się do opisu oryginalnego modelu Hardening Soil przez Schanz et al. [2].
Jednak zamiast korzystania z rzeczywistej geometrii próbki, jak w publikacji Bower et al. [1], wykorzystano tu pojedynczy sześcienny element o krawędzi jednego metra. Dzięki temu znacznie skrócono czas obliczeń. Ponieważ modele materiałowe są stosowane na poziomie elementu, powinno być możliwe określenie wiarygodnych parametrów materiałowych przy właściwym odwzorowaniu rzeczywistych warunków testowych. W testach na pojedynczym elemencie podparcia stosowano w wierzchołkach, a obciążenie wprowadzano za pomocą linowych przesunięć wymuszonych. Do prawidłowego uwzględnienia poprzednich stanów zastosowano moduł dodatkowy Stany Budowlane. W pierwszych trzech stanach budowlanych w celu inicjalizacji warunków testowych określa się równowagę dla nieodkształconej konstrukcji. Pierwszy stan budowlany zawiera aktywację geometrii i warunków brzegowych z wartościami materiałowymi liniowymi dla obu modeli. Następnie następuje aktywacja nieliniowych właściwości materiałowych. Następnie, jeśli to konieczne, wprowadza się obciążenie izotropowe, a następnie wprowadza się obciążenia testowe, dla których aktywowane są linowe łożyska wymuszone.
- Instrukcja online do analizy geotechnicznej dla programu RFEM 6
- Instrukcja online: Analiza etapów budowy (CSA) dla RFEM 6
- Instrukcje online Ustawienia analizy statycznej
- Instrukcja RFEM 6 | Konstrukcja | Obiekty specjalne | Modyfikacje konstrukcji
Symulacja testu materiałowego pod warunkami edometrycznymi polega na ustalonym podparciu węzłów od spodu oraz na podparciu węzłów od góry z zablokowaniem we wszystkich kierunkach z wyjątkiem pionowego. Zastosowano jedynie minimalną wagę własną, nie stosowano izotropowego obciążenia. Proces obciążeniowy sterowany deformacją przebiegał przez dziewięć etapów zmiennego obciążenia i rozładowania do maksymalnej deformacji 24 mm (co odpowiada 24,0 ‰). Zastosowano cykliczne obciążenie za pomocą narastających kombinacji obciążeń wykorzystujących parametryczne współczynniki mnożenia w ustawieniach analizy statycznej. Poniższe zdjęcie pokazuje widok modelu wraz z odpowiednimi parametrami globalnymi:
Weryfikacja trójosiowego testu materiałowego została zorganizowana podobnie. Podparcie węzłów odbywało się bez wymuszeń z zablokowaniem ich obrotu. Ponadto, aby odpowiadać warunkom testowym, zastosowano izotropowe obciążenie o wartości 300 kN/m². Wprowadzenie obciążenia testowego odbywało się poprzez wymuszone przesunięcie górnej powierzchni, bez cyklicznego obciążania i rozładowania, aż do maksymalnego pionowego przesunięcia wynoszącego 150 mm. Na następnym zdjęciu przedstawiono opisany model.
Odpowiednie modele można pobrać poniżej:
- KB 1976 | Test pojedynczego elementu - Warunki edometryczne - Zmodyfikowany model materiałowy gruntu uplastycznionego
- KB 1976 | Test pojedyńczego elementu - Warunki trójosiowe - Zmodyfikowany model materiałowy Hardening Soil
Najbardziej problematyczne jest tutaj dostosowanie do dwóch krzywych testowych. Dla stabilności numerycznej przy symulacji warunków trójosiowych przyjęto wyższą minimalną spójność wynoszącą 1,0 kPa. Poniższy obraz pokazuje określone parametry materiałowe dla warunków edometrycznych dla zmodyfikowanego modelu materiałowego Hardening Soil:
Aby określić te wartości, jak wspomniano na wstępie, przeprowadzono porównanie opublikowanych krzywych testowych z równoważnymi wynikami symulacji. W tym celu wykorzystano zintegrowane w RFEM 6 połączone wykresy obliczeniowe. Oprócz dobrego przeglądu rozwoju poszczególnych wyników, można je również eksportować do Excela w zakładce "Tabela". Poniższe obrazy pokazują wykresy obliczeniowe opracowane podczas tego badania dla weryfikacji testów materiałowych edometrycznych i trójosiowych.
Odchylenie między wynikami symulacji a krzywymi testów materiałowych można ocenić wizualnie lub za pomocą metod statystycznych. Poniższy obraz pokazuje uzyskane tutaj wyniki w porównaniu z opublikowanymi danymi eksperymentalnymi. Jak można zobaczyć, zgodność warunków edometrycznych jest bardzo dobra aż do średniego poziomu naprężeń (około 100 kPa), podczas gdy zachowanie jest zbyt sztywne powyżej tego poziomu. Moduły obciążenia i rozładowania są za niskie w pierwszych dwóch cyklach, podczas gdy w ostatnim są za wysokie. W porównaniu z trzykrotnie powtórzonym trójosiowym testem zauważalna jest zbyt niska sztywność początkowa, po której następuje zbyt duże zakrzywienie. Wskazuje to na zbyt niską wartość dla umocnienia ścinającego (CSH). Ostatecznie poziom stałego naprężenia jest osiągany zbyt wcześnie i utrzymuje się niżej niż w przypadku krzywych eksperymentalnych (~715 kPa/760 kPa ~ 94,1 %). Współczynnik korelacji Pearsona, który można traktować jako miarę zależności między krzywą pomiarową a symulacyjną, wynosi, w zależności od metody interpolacji przy przypisaniu wartości pomiarowych, 0,90, odpowiednio 0,94, dla warunków edometrycznych i 0,88, odpowiednio 0,91, dla testu trójosiowego.
