Geomechanics Module

Ampliare le analisi strutturali per le applicazioni geotecniche

L'analisi di gallerie, scavi, stabilità dei pendii e strutture di contenimento richiede modelli di materiali non lineari fatti su misura per applicazioni geotecniche. Il Geomechanics Module, un prodotto aggiuntivo dello Structural Mechanics Module, include modelli di materiali integrati per la modellazione di deformazioni, plasticità, creep e cedimenti in terreni, calcestruzzo e roccia. Il modulo include anche modelli di materiali non lineari standard per descrivere la plasticità dei metalli attraverso i criteri di von Mises e Tresca. Questi modelli di materiali migliorano le funzionalità per la sicurezza e la valutazione dei cedimenti che sono incluse nello Structural Mechanics Module.

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Modello di trave rettangolare in calcestruzzo che mostra la sollecitazione con barre di rinforzo in gradazione arcobaleno situate sulla parte superiore e inferiore.

Materiali geomeccanici per la modellazione multifisica

La funzionalità per la modellazione di materiali geomeccanici potenzia tutte le analisi strutturali disponibili all'interno del Structural Mechanics Module. Per tenere conto in modo accurato degli effetti e del comportamento nel mondo reale nelle vostre analisi geotecniche, potete includere effetti multifisici combinando le caratteristiche e le funzionalità del Geomechanics Module con altri moduli della suite di prodotti COMSOL. Per esempio, è possibile modellare il flusso dei mezzi porosi, la poroelasticità, il trasporto dei soluti e il trasferimento di calore con il Subsurface Flow Module.

Modelli di materiale nel Geomechanics Module

I numerosi modelli di materiale disponibili sono elencati di seguito, con screenshot della loro implementazione nel software.

Visualizzazione in primo piano delle impostazioni Soil Plasticity e un modello di stabilità del pendio nella finestra Graphics.

Plasticità nei terreni

Con il Geomechanics Module, è possibile definire le proprietà per la modellazione di materiali che presentano plasticità del suolo e suolo elastoplastico. Questo modello di materiale può essere usato insieme a materiali elastici lineari e non lineari. Sono disponibili i seguenti modelli di materiale del terreno:

  • Mohr–Coulomb
  • Drucker–Prager
  • Elliptic cap
  • Tension cutoff
  • Matsuoka–Nakai
  • Lade–Duncan
  • Nonlocal plasticity
    • Implicit gradient
Visualizzazione in primo piano delle impostazioni Concrete e un modello di trave nella finestra Graphics.

Calcestruzzo e roccia

Il Geomechanics Module permette di definire le proprietà per la modellazione di materiali con criteri di cedimento rappresentativi del calcestruzzo e della roccia, che tipicamente descrivono il cedimento dovuto alla trazione. Questi modelli di materiale possono essere usati insieme alle funzioni Linear Elastic Material e Nonlinear Elastic Material. Sono disponibili i seguenti modelli di materiali in calcestruzzo e roccia:

Calcestruzzo

  • Ottosen
  • Bresler–Pister
  • William–Warnke
  • Tension cutoff

Roccia

  • Original Hoek–Brown
  • Generalized Hoek–Brown
  • Tension cutoff
Visualizzazionee in primo piano delle impostazioni Damage e un modello di trave intagliata nella finestra Graphics

Danneggiamento

La deformazione dei materiali quasi fragili, come il calcestruzzo o la ceramica, sotto carichi meccanici è caratterizzata da una deformazione elastica iniziale. Se un livello critico di stress o di deformazione viene superato, alla fase elastica segue una fase di frattura non lineare. Quando questo valore critico viene raggiunto, le cricche aumentano e si diffondono fino alla frattura del materiale. La comparsa e la crescita delle cricche giocano un ruolo importante nel cedimeneto dei materiali fragili, ed esistono diverse teorie per descrivere tale comportamento. Sono disponibili i seguenti modelli di danneggiamento:

  • Equivalent strain criterion
    • Rankine
    • Smooth Rankine
    • Norm of elastic strain tensor
    • User defined
  • Phase-field damage
  • Regularization
    • Crack band
    • Implicit gradient
    • Viscous regularization
Visualizzazione in primo piano delle impostazioni Elastoplastic Soil Material e un grafico 1D nella finestra Graphics.

Suolo elastoplastico

La funzione Elastoplastic Soil Material è usata per modellare relazioni di stress–strain che sono non lineari anche a deformazioni infinitesimali. Sono disponibili i seguenti modelli di materiale del suolo:

  • Modified Cam–Clay
  • Modified structured Cam–Clay
  • Extended Barcelona basic
  • Hardening soil
  • Nonlocal plasticity
    • Implicit gradient
Visualizzazione in primo piano del Model Builder con il nodo Elastoplastic Material Model selezionato e un modello di strizione in una barra nella finestra Graphics.

Materiali duttili elastoplastici

Oltre ai modelli di materiali elastoplastici per il suolo, il Geomechanics Module vi dà accesso ai seguenti due modelli elastoplastici per materiali duttili, come i metalli:

  • von Mises
  • Tresca
  • User-defined plasticity
  • Nonlocal plasticity
    • Implicit gradient

Ulteriori modelli di materiali elastoplastici sono disponibili nel Nonlinear Structural Materials Module.

Visualizzazione in primo piano delle impostazioni Nonlinear Elastic Material e due finestre con un grafico 3D e 1D.

Elasticità non lineare

Al contrario dei materiali iperelastici, dove la relazione sforzo-deformazione diventa significativamente non lineare a deformazioni moderate o grandi, i materiali elastici non lineari presentano relazioni sforzo-deformazione non lineari anche a deformazioni infinitesimali. Sono disponibili i seguenti modelli di elasticità non lineare:

  • Ramberg–Osgood
  • Hyperbolic law
  • Hardin–Drnevich
  • Duncan–Chang
  • Duncan–Selig
  • Definito dall'utente

Ulteriori modelli di materiali sono disponibili con il Nonlinear Structural Materials Module.

Visualizzazione in primo piano delle impostazioni Creep e un modello di sfera cava 3D nella finestra Graphics.

Creep

Il creep è una deformazione anelastica dipendente dal tempo che si verifica quando un materiale è sottoposto a una sollecitazione (tipicamente molto inferiore alla tensione di snervamento) a temperature sufficientemente elevate. Nel Geomechanics Module è disponibile il creep definito dall'utente, così come la possibilità di inserire espressioni di velocità di deformazione anelastica definite dall'utente.

Ulteriori modelli di materiale sono disponibili con il Nonlinear Structural Materials Module.

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