Рассмотрение начального состояния может быть чрезвычайно важно для корректного поведения материала. Причина в том, что таким образом определяется начальное состояние напряжений, от которого оценивается последующая реакция.
Это можно относительно наглядно показать на примере геотехнических моделей материалов, таких как модель Мора-Кулона и модель затвердевающей почвы. Их поверхность разрушения зависит от гидростатической оси. Эта ось в пространстве главных напряжений определяется тем, что в каждой точке все компоненты главных напряжений равны. Например, поверхность разрушения по Мора-Кулону представляет собой пирамиду, вершина которой направлена к всестороннему растяжению, а (открытая) основа - к всестороннему сжатию. Если эта поверхность разрушения используется в качестве условия течения при моделировании поведения материала, это означает, что при более высоком всестороннем давлении допустимое отклонение (например, из-за одностороннего давления или растяжения) может быть больше, чем больше элемент конечного элемента находится под всесторонним давлением. Начальное состояние напряжений определяется историей нагрузки и включает, например, собственный вес земли и стоящих на ней сооружений. Это также справедливо при укреплении материала, поскольку начальная жесткость ориентируется на опорное напряжение.
Изменение модели с триаксиальными условиями из научной статьи по определению свойств материалов показывает это относительно наглядно. Здесь, помимо исходного изотропного начального напряженного состояния в 300 кПа, были дополнительно применены еще два - с 100 кПа и 500 кПа. Затем на эти три начальных состояния было наложено принудительное смещение, сжатие в 150 ‰ и растяжение в 75 ‰. Измененная модель и упомянутая научная статья доступны по следующим ссылкам.
- FAQ 5726 | Единичный элементный тест – триаксиальные условия – модифицированная модель материала Hardening Soil
- KB 1976 | Настройка параметров материалов в соответствии с данными эксперимента
На следующем изображении показаны конечные состояния осевого сжатия, где сопоставлены сравнимое напряжение и деформация по Фон Мизесу. Как видно, начальный наклон (жесткость) увеличивается с более высоким всесторонним давлением в начальном состоянии. То же самое относится к достижению напряжения плато.
Для осевого растяжения элемента следующая группа расчетных диаграмм показывает максимальное касательное напряжение относительно первой пластической нормальной деформации. Здесь также можно показать такое же поведение начальных жесткостей и достижения напряжения плато.
