Boden-Bauwerks-Interaktion Arbeitsgruppe Numerik Stoffgesetze, Bodendynamik
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Kontaktmechanik
Grundlagen:
Durch Kontakt Unstetigkeit im Finiten-Elementen-Modell; Gleichungssystem unsymmetrisch
Kontakt kann nicht durch einfache Randbedingungen berücksichtigt werden
Kontaktarten:
• Reibungsfreier Kontakt:
- Reine Übertragung von Normalkräfen N (a)
- Zugdehnung/Zugkraft führt zur Öffnung des Kontaktes (b)
• Reibkontakt (nur bei geschlossenem Kontakt (F>0)):
- Zusätzlich zur Normalkomponente tangentiale Spannungskomponenten T
- Möglichkeiten:
• Haften -> keine Relativverformung und unendliche Schubspannungen T (c)
• Gleiten -> Relativverformung und Energiedissipation (d)
• Reines Gleiten -> Reibungsfrei und keine Übertragung von Schubspannungen T
Modellierung der tangentialen Kontaktrichtung
Bauwerkes
Modellierung mit Interface-/Kontinuumselementen (begrenzte Deformation)
Surface-Kontakt:
• Vernachlässigung:
- Rauer Kontakt (“Tied“)
- Reibungsfreier Kontakt
• Reibmodell mit Grenzbedingungen nach Coulomb
• Speziell entwickelte Kontaktmodelle (Interaktion T zu N)
• Verwendung des Materialmodells des Bodens:
- Abbildung der Scherzone: Bauteil - Baugrund
• Übertragung gesamter Schubspannungen zwischen Boden und Bauwerk
• Dicke ds = 5 - 10 x d50
• Abhängigkeit von Zustandsvariablen analog zu angrenzendem Boden
- Getroffene Annahmen:
• tan g = u / ds
• Spannungszustand der Scherzone analog zu angrenzendem Boden
(Staubach et al. (2022))
• Verhalten tangentiale Richtung unabhängig von Normalenrichtung
• Keine Berücksichtigung Ver- und Entspannung
Möglichkeiten der objektiven numerischen Betrachtung der Scherzonenentwicklung
innerhalb und außerhalb einer Scherzone
(Modellierung mit einem Mikropolaren
hypoplastischen Materialmodell
(Huang et al. (2003))
Regulierungsmethoden:
• Nichtlokale Theorie
• Polare (Cosserat) Theorie
• Gradienten-Theorie
• Diskrete-Elementen-Methode (DEM)