Uwzględnienie stanu początkowego może być niezwykle istotne dla prawidłowego zachowania materiału. Jest to spowodowane tym, że definiuje się w ten sposób stan naprężenia początkowego, od którego ocenia się dalszą reakcję.
Zjawisko to można w dość obrazowy sposób pokazać na przykładzie modeli geotechnicznych materiałów, takich jak model Mohr-Coulomb i model Hardening Soil. Ich powierzchnie graniczne zależą zazwyczaj od osi hydrostatycznej. Jest ona zdefiniowana w przestrzeni głównych naprężeń w ten sposób, że w każdym punkcie wszystkie komponenty naprężeń głównych są równe. Powierzchnia graniczna wg Mohr-Coulomb, na przykład, to piramida, której wierzchołek wskazuje w kierunku wszechstronnego rozciągania, a (otwarta) podstawa w kierunku wszechstronnego ściskania. Jeśli ta powierzchnia granicy używana jest jako warunek płynięcia w rozważanym zachowaniu materiału, oznacza to, że przy wyższym wszechstronnym ciśnieniu dopuszczalne odchylenie (np. poprzez jednostronne ciśnienie lub rozciąganie) może być większe, im bardziej element FE jest wszechstronnie pod ciśnieniem. Stan naprężenia początkowego zależy tutaj od historii obciążenia i zawiera na przykład ciężar własny gruntu oraz obciążenia konstrukcyjne. To samo dotyczy materiału o charakterystyce umacniającej, ponieważ początkowa sztywność odnosi się do ciśnienia referencyjnego.
Zmiana modelu z warunkami trójosiowymi z artykułu specjalistycznego dotyczącego określania właściwości materiałowych pokazuje to dość obrazowo. W tym przypadku, oprócz oryginalnego izotropowego stanu naprężenia początkowego wynoszącego 300 kPa, dodano dwa kolejne wartości: 100 kPa i 500 kPa. Na te trzy stany początkowe nałożono następnie wymuszone przemieszczenie, ściśnięcie o 150 ‰ oraz rozciągnięcie o 75 ‰. Zmieniony model i wspomniany artykuł można znaleźć pod następującymi linkami.
- FAQ 5726 | Test jednostkowy - Warunki trójosiowe - Zmodyfikowany model materiałowy hardening soil
- KB 1976 | Dostosowywanie parametrów materiału do danych eksperymentalnych
Na poniższym obrazie pokazano stany końcowe osiowego ściśnięcia, przy czym porównano naprężenie i odkształcenie Von Misesa. Jak można tu zauważyć, początkowe nachylenie (sztywność) wzrasta przy wyższym wszechstronnym ciśnieniu w stanie początkowym. Dotyczy to również osiągnięcia poziomu płaskowyżowego naprężenia.
Dla osiowego rozciągania elementu, poniższa grupa wykresów przedstawia maksymalne naprężenie ścinające w zależności od pierwszego plastycznego odkształcenia głównego normalnego. Również tutaj można pokazać takie samo zachowanie dotyczące początkowej sztywności i osiągnięcia poziomu płaskowyżowego naprężenia.
