Zwei-Skalen Modell für die Beschreibung granularer Materialien: Fid-Bau Portal

Zwei-Skalen Modell für die Beschreibung granularer Materialien

Wellmann, C. / Wriggers, P.

Im Beitrag wird ein neuartiger Ansatz zur Modellierung granularer Materialien vorgestellt. Dieser ermöglicht die Betrachtung von Problemen bei denen Lokalisationen auftreten, wie z.B. in Scherbändern. Der Ansatz basiert auf einem diskreten Modell, welches die Kornstruktur und die Wechselwirkung der Körner des Materials explizit abbildet. Ausgehend von diesem diskreten Modell wird ein Kontinuumsmodell entwickelt, welches die effektive Materialantwort des diskreten Modells widergibt. Das granulare Material wird dann in Bereichen großer Deformationen mit der rechenaufwändigen diskreten Methode modelliert, während die übrigen Bereiche mit der effizienten Finite-Element Methode als Kontinuum modelliert werden. Hierfür wird eine Methode zur Kopplung beider Modelle in den Übergangsbereichen entwickelt. Als Anwendungsbeispiel des Zwei-Skalen Modells wird das Rammen eines flachen Pfahls in eine mit Referenz-Sand gefüllte Box betrachtet. Das Beispiel zeigt, dass die Kopplung eines diskreten und eines Kontinuumsmodells möglich ist, wenn man die Fluktuationen in der diskreten Lösung berücksichtigt. Das Zwei-Skalen Modell ermöglicht dann die Betrachtung von Problemen, welche mit bisherigen Modellen nicht möglich ist. Um das Zwei-Skalen Modell für quantitative Prognosen einzusetzen sind jedoch noch Verbesserungen nötig. Erstens muss das diskrete Modell so angepasst werden, dass es quantitative Ergebnisse liefert. Zweitens muss ein Kontinuumsmodell gewählt werden, welches das effektive Verhalten des diskreten Modells besser abbildet. Drittens müssen Kriterien und Verfahren entwickelt werden, welche eine automatische Wahl des diskreten Bereichs ermöglichen.