Jednym z głównych problemów związanych z wykorzystaniem nieliniowych modeli materiałowych są często potrzebne do tego parametry materiałowe. Dotyczy to również zmodyfikowanego modelu materiałowego Hardening Soil użytego w tym artykule. Ten artykuł techniczny dotyczy iteracyjnego dostosowywania tych parametrów poprzez porównanie opublikowanych danych pomiarowych z wynikami symulacji MES. To badanie nawiązuje do publikacji Bowera i in. [1], która z kolei odnosi się do publikacji opisu oryginalnego modelu materiałowego Hardening Soil przez Schanza i in. [2]
.Jednak w przeciwieństwie do publikacji Bowera i in. [1] tutaj nie wykorzystano faktycznej geometrii próbek testowych, lecz pojedynczy sześcienny element o długości boku jednego metra. Dzięki temu czas obliczeń jest znacznie skrócony. Ponieważ modele materiałowe są stosowane na poziomie elementów, przy prawidłowym odwzorowaniu rzeczywistych warunków testowych, można określić wiarygodne parametry materiałowe. Podparcie w tych testach pojedynczych elementów zostało nałożone na wierzchołkach, a wprowadzanie obciążenia nastąpiło poprzez liniowe przemieszczenia przymusowe. Do prawidłowego uwzględnienia wcześniejszych stanów użyto dodatku Stany Budowy. W pierwszych trzech stanach budowy do zainicjowania warunków testowych określa się równowagę dla nienaruszonej struktury. Pierwszy stan budowy w obu modelach obejmuje aktywację geometrii i warunków brzegowych z linearyzowanymi właściwościami materiału. Następnie następuje aktywacja nieliniowych właściwości materiału. Następnie ewentualnie nakłada się izotropowe obciążenie, po czym następuje nałożenie obciążeń testowych, dla których aktywowane są linie o przymusowej deformacji.
- 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 badania materiału w warunkach edometrycznych polega na unieruchomieniu podpór węzłów na dolnej powierzchni oraz unieruchomieniu podpór węzłów na górnej powierzchni, z wyjątkiem kierunku pionowego. Nałożono jedynie minimalne ciężar własny oraz brak izotropowego obciążenia. Obciążenie sterowane odkształceniem było realizowane w dziewięciu etapach o zmiennym obciążeniu i odciążeniu do maksymalnego odkształcenia 24 mm (odpowiadającego 24,0 ‰). To cykliczne nakładanie obciążenia było realizowane za pomocą budujących się kombinacji obciążeniowych z wykorzystaniem zparametryzowanych współczynników mnożenia w ustawieniach analizy statycznej. Poniższy obrazek pokazuje widok tego modelu z odpowiednimi globalnymi parametrami:
Podobnie została skonstruowana analiza badania materiału trójosiowego. Podparcie węzłowe było bez naprężenia z unieruchomieniem obrotu. Ponadto, aby odpowiadało to warunkom testowym, zastosowano izotropowe obciążenie wynoszące 300 kN/m². Wprowadzenie obciążenia testowego nastąpiło poprzez przymusowe przemieszczenie górnej powierzchni, bez cyklicznego obciążenia i odciążenia, do maksymalnego przemieszczenia pionowego 150 mm. Na poniższym obrazie pokazano opisany model.
Odpowiednie modele można pobrać za pomocą następujących linków:
- KB 1976 | Test pojedynczego elementu - Warunki edometryczne - Zmodyfikowany model materiałowy gruntu uplastycznionego
- KB 1976 | Test pojedyńczego elementu - Warunki trójosiowe - Zmodyfikowany model materiałowy Hardening Soil
Największym problemem jest tutaj dostosowanie do dwóch krzywych testowych. Dlatego w celu zapewnienia stabilności numerycznej przyjęto wyższą minimalną kohezję 1,0 kPa dla symulacji warunków trójosiowych. Poniższy obrazek pokazuje określone parametry materiałowe warunków edometrycznych dla zmodyfikowanego modelu materiałowego Hardening Soil:
Aby określić te wartości, jak wspomniano na początku, przeprowadzono porównanie opublikowanych krzywych testowych z równoważnymi wynikami symulacji. W tym celu wykorzystano zaimplementowane w RFEM 6 powiązane wykresy obliczeniowe. Oprócz dobrego przeglądu rozwoju poszczególnych wyników, można je również wyeksportować do Excela w zakładce "Tabela". Poniższe obrazy pokazują wykresy obliczeniowe określone w tym badaniu dla analizy warunków edometrycznych i trójosiowych.
Odchylenie między wynikami symulacji a krzywymi testowymi materiału może teraz być oceniane wizualnie lub za pomocą metod statystycznych. Poniższy obrazek pokazuje uzyskane wyniki w porównaniu z opublikowanymi eksperymentalnie określonymi danymi. Jak można zauważyć, zgodność warunków edometrycznych do średniego poziomu naprężeń (około 100 kPa) jest bardzo dobra, podczas gdy zachowanie po tym staje się zbyt sztywne. Moduły obciążenia i odciążenia są zbyt niskie w pierwszych dwóch cyklach, natomiast w ostatnim są za wysokie. Przy porównaniu z trzykrotnie powtarzanym badaniem trójosiowym widać, że początkowa sztywność jest za niska, a następnie następuje zbyt silne zakrzywienie. Wskazuje to na zbyt niską wartość dla umocnienia ścinającego (CSH). Ostatecznie stały poziom naprężenia osiągany jest zbyt wcześnie i pozostaje niższy niż w eksperymentalnych krzywych (~715 kPa/760 kPa ~ 94,1 %). Współczynnik korelacji Pearsona, który można uznać za miarę zależności między krzywą pomiarową a symulacyjną, zależnie od metody interpolacji przypisania wartości pomiarowych, wynosi 0,90, bądź 0,94, dla warunków edometrycznych oraz 0,88, bądź 0,91, dla badania trójosiowego.
