Основной проблемой при использовании нелинейных моделей материалов часто являются необходимые для этого параметры материалов. Это также относится к модифицированной модели материала Hardening Soil, использованной в данной статье. В этой профессиональной статье рассматривается итеративная корректировка этих параметров путем сопоставления опубликованных данных испытаний и результатов моделирования методом конечных элементов. Это исследование основывается на публикации Bower и др. [1], которая, в свою очередь, ссылается на публикацию описания оригинальной модели материала Hardening Soil Шанц и др. [2].
Однако, вместо того, чтобы использовать фактическую геометрию образца, как в публикации Bower и др. [1], здесь использовался один кубический элемент с длиной ребра один метр. Это значительно сокращает время расчета. Поскольку модели материалов применяются на уровне элемента, при правильном отображении реальных условий испытаний должны быть определены надежные параметры материалов. В этих испытаниях одноэлементного типа крепление наносилось в угловых точках, а нагрузка вводилась с помощью линейных смещений по оси. Для правильного учета предшествующих состояний использовалось дополнение Строительные состояния. В первых трех строительных состояниях для инициализации условий испытания определяется равновесие для недеформированной структуры. Первое строительное состояние включает активацию геометрии и граничных условий с линейными свойствами материалов. Затем происходит активация нелинейных свойств материалов. Затем, при необходимости, происходит нанесение изотропной нагрузки, после чего вводятся испытательные нагрузки, для которых активированы смещенные линейные опоры.
- Онлайн-руководство к аддону Геотехнический расчёт для RFEM 6
- Онлайн-руководство по Расчёту стадий строительства (CSA) для RFEM 6
- Параметры статического расчета онлайн
- RFEM 6 Handbuch | Конструкция | Специальные объекты | Модификации конструкции
Симуляция испытания материала в одометрических условиях состоит из фиксированного крепления узлов в нижней части и крепления узлов в верхней части, закрытого для всех направлений, кроме вертикального. Применялось только минимальное собственное весовое воздействие и не применялось изотропное нагружение. Управляемое смещением приложение нагрузки осуществлялось через девять этапов чередующегося нагружения и разгрузки до максимального деформации в 24 мм (соответствует 24,0 ‰). Это циклическое приложение нагрузки было реализовано с использованием нарастающих комбинаций нагрузок с использованием параметризированных множителей в настройках статического анализа. Следующее изображение показывает вид этой модели с соответствующими глобальными параметрами:
Пересчет трёхосного испытания материала был построен аналогично. Закрепление узлов осуществлялось без принудительных перемещений с предотвращением вращений. Кроме того, для соответствия условиям испытания применялось изотропное нагружение 300 кН/м². Ввод испытательной нагрузки происходил с помощью принудительного смещения верхней части без циклического нагружения и разгрузки до максимального вертикального смещения в 150 мм. На следующем изображении показана описанная модель.
Соответствующие модели могут быть загружены по следующим ссылкам:
- KB 1976 | Тест одиночного элемента - консолидированные условия оedometer - Модифицированная hs-модель материала
- KB 1976 | Тест одиночного элемента — трёхосное состояние — модель материала модифицированной упругой почвы
Самой проблематичной частью является подстройка под две испытательные кривые. Для численной стабильности поэтому было задано более высокое минимальное сцепление 1,0 кПа для симуляции трёхосных условий. Следующее изображение показывает определенные параметры материала в одометрических условиях для модифицированной модели материала Hardening Soil:
Для определения этих значений, как упоминалось в начале, было проведено сравнение опубликованных кривых испытаний с эквивалентными результатами симуляции. Для этого использовались цепные расчетные диаграммы, реализованные в RFEM 6. Помимо хорошего обзора развития отдельных результатов, их также можно экспортировать в Excel на вкладке "Таблица". Следующие изображения показывают расчетные диаграммы, определенные в этом исследовании для пересчета одометрических и трехосных испытаний материалов.
Отклонение между результатами симуляций и кривыми испытаний материала теперь может быть выполнено визуально или с помощью статистических методов. Следующее изображение показывает полученные результаты в сравнении с опубликованными экспериментально определенными данными. Как видно, соответствие одометрических условий до среднего уровня напряжения (около 100 кПа) очень хорошее, тогда как поведение после этого слишком жесткое. Модули нагружения и разгрузки в первых двух циклах слишком низкие, тогда как в последнем они слишком высокие. При сравнении с тройным повторным трехосным испытанием видно, что начальная жесткость слишком низкая, а затем следует слишком сильное искривление. Это указывает на слишком низкое значение уплотнения сдвига (CSH). В конечном итоге постоянный уровень напряжения достигается слишком рано и остается ниже, чем в экспериментальных кривых (~715 кПа/760 кПа ~ 94,1 %). Коэффициент корреляции Пирсона, который может быть воспринят как мера зависимости между кривыми измерений и симуляции, составляет, в зависимости от метода интерполяции для соотнесения измеренных данных, 0,90, или 0,94, для одометрических условий и 0,88, или 0,91, для трехосного испытания.
