Основная проблема при использовании нелинейных моделей материалов - это часто необходимые для этого параметры материала. Это касается также модифицированной модели материала Hardening Soil, используемой в данной статье. В этом техническом материале рассматривается итеративная корректировка этих параметров путем сравнения опубликованных экспериментальных данных и результатов FE-симуляции. Это исследование основано на публикации Боуэра и др. [1], которая, в свою очередь, ссылается на публикацию Шанца и др. о модели материала оригинального Hardening Soil [2].
В отличие от публикации Боуэра и др. [1], здесь не использовалась фактическая геометрия испытательного тела, а вместо этого использовался один кубический элемент с длиной ребра в один метр. Это значительно сокращает время расчета. Поскольку модели материалов применяются на уровне элементов, при правильном моделировании реальных условий испытаний должны определяться надежные параметры материалов. В этих тестах на отдельных элементах поддержка была установлена в углах, а приложение нагрузки осуществлялось через линейные принудительные перемещения. Для корректного учета предшествующих состояний использовалось дополнение «Строительные стадии». В первых трех стадиях строительства для инициализации условий испытания определяется равновесие для недеформированной структуры. Первая стадия строительства включает для обеих моделей активацию геометрии и граничных условий с линеаризированными свойствами материала. Затем происходит активация нелинейных свойств материала. Далее, если это необходимо, применяется изотропная нагрузка, после чего происходит введение испытательных нагрузок, для которых активны линии жесткости с принудительными деформациями.
- 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 эдометрических условиях состоит из фиксированной поддержкой узлов в нижней части и поддержкой узлов в верхней части, зафиксированной за исключением вертикального направления. Было приложено лишь минимальное собственное весовое давление и отсутствие изотропной нагрузки. Приложение нагрузки, управляемой деформацией, выполнялось в девять этапов с переменной загрузкой и разгрузкой до максимальной деформации в 24 мм (что соответствует 24,0 ‰). Это циклическое приложение нагрузки было реализовано путем создания загружаемых комбинаций с использованием параметризованных коэффициентов множителя в настройках статического анализа. Следующее изображение показывает вид этой модели с соответствующими глобальными параметрами:
Повторный расчет триаксиального испытания материала был выполнен схожим образом. Узловая поддержка выполнялась без жесткости со сдерживанием вращения. Кроме того, для соответствия условиям испытания была приложена изотропная нагрузка в 300 кН/м². Приложение испытательной нагрузки осуществлялось через принудительное смещение верхней стороны, без циклической загрузки и разгрузки, до максимального вертикального смещения в 150 мм. На следующем изображении показана описанная модель.
Соответствующие модели можно загрузить 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
Наиболее проблематичной является здесь настройка на две испытательные кривые. Для численной стабильности, следовательно, было применено более высокое минимальное значение когезии в 1,0 кПа для симуляции триаксиальных условий. Следующее изображение показывает определенные параметры материала для эдометрических условий для модифицированной модели материала Hardening Soil:
Как упоминалось в начале, для определения этих значений проведено сравнение опубликованных кривых испытаний с эквивалентными результатами симуляции. Для этого использовались внедренные в RFEM 6 связанные диаграммы расчетов. Помимо хорошего обзора развития отдельных результатов, их можно также экспортировать в Excel на вкладке "Таблица". Следующие изображения показывают полученные в этом исследовании диаграммы расчетов для повторного расчета эдометрических и триаксиальных испытаний материалов.
Отклонение между результатами симуляции и кривыми испытаний материала может быть оценено визуально или с помощью статистических методов. Следующее изображение показывает полученные здесь результаты в сравнении с опубликованными экспериментально определенными данными. Как можно видеть, совпадение между эдометрическими условиями до среднего уровня напряжений (около 100 кПа) очень хорошее, в то время как поведение затем оказывается слишком жестким. Модули загрузки и разгрузки в первых двух циклах слишком низкие, в то время как в последнем цикле они слишком высокие. В сравнении с тройной повторной триаксиальной проверкой можно заметить, что начальная жесткость слишком низкая и затем следует слишком сильное искривление. Это указывает на слишком низкое значение для усиления 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 можно рассматривать как меру зависимости между кривой измерения и симуляцией, составляет, в зависимости от метода интерполяции для распределения измеряемых значений, 0,90 или 0,94 для эдометрических условий и 0,88 или 0,91 для триаксиального испытания.
