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PFC - ein neues Werkzeug für numerische Modellierungen

Cundall, P.A. / Konietzky, H. / Potyondy, D.O.

Ein neuwertiges Verfahren zur numerischen Modellierung auf der Basis der Methode der Distinkten Elemente, genannt PFC - Particle Flow Code - wird vorgestellt. PFC modelliert die Bewegung und Wechselwirkung von belasteten Elementensemblen, bestehend aus kugelförmigen Einzelpartikeln. Die Partikel können durch Verbindung an ihren Berührungspunkten zu einem Festkörper verbunden werden, der durch eine progressive Schädigung der Bindungen zerstört werden kann. Ein wesentlicher Vorteil des Systems liegt darin begründet, daß makro- und mikromechanische Prozesse gleichzeitig modelliert werden können. Aufgrund der expliziten Berechnungsweise und der geometrisch einfachen Grundbausteine können selbst im PC-Bereich ausgesprochen große Systeme mit starken Nichtlinearitäten bzw. physikalischen Instabilitäten zeit- und kosteneffektiv berechnet werden. Der Artikel zeigt in einer Übersicht erste erfolgreiche Anwendungen aus unterschiedlichen Fachgebieten: Modellierung von Partikelströmen in der Verfahrenstechnik (z.B. Schüttguttransport durch Rohrleitungen bzw. Silos, Untersuchung bruch- und schädigungsmechanischer Prozesse (z.B. in der Geotechnik, im Bauingenieurwesen, in der Materialforschung, der Kunststoffindustrie), Untersuchung mikromechanischer Prozesse (z.B. Kristallwachstum, induzierte thermische Spannungen, mikromechanische Schädigungen), Modellierung von dynamischen Zerstörungsprozessen (z.B. Sprengprozesse, Erdbebenzerstörungen), Boden- und felsmechanische Modellierungen (z.B. Gesteinsschlag, Lawinenbewegungen, Massenbewegungen im Bergbau, Setzungsfließen, Konturbrüche in unterirdischen Hohlraumbauten, Grundbruchproblematik), Modellierung von Kompaktionsprozessen granular aufgebauter Stoffe (z.B. Modellierung von technischen Prozessen zur optimalen Volumenkompaktion) und Modellierung des Stützmittelverhaltens bei Fracprozessen in der Erdölindustrie.