Новая FEM–DEM схема устраняет ложные перестройки контактов при больших поворотах грунтового массива

Исследователи разработали новую многоуровневую расчетную схему FEM–DEM для моделирования зернистых грунтов при больших деформациях и вращениях. Метод опубликован 21 сентября в журнале Computers and Geotechnics. Его задача — корректно передавать деформации от конечно-элементной модели к дискретной модели частиц, не допуская появления искусственных изменений контактной структуры грунта из-за простого поворота расчетной области, передает ScienceDirect.

В предложенной схеме приращение градиента деформации с помощью полярного разложения разделяется на собственно деформацию и жесткое вращение. Деформационная составляющая передается представительным объемам грунта, рассчитываемым методом дискретных элементов, а полученные напряжения и касательная жесткость затем преобразуются обратно в глобальную систему координат. Такой подход позволяет отделить реальное относительное движение частиц от изменения ориентации всего массива.

Метод реализован в связке конечно-элементной платформы KratosMultiphysics и DEM-системы Yade. Для насыщенных грунтов авторы добавили связанную гидромеханическую постановку «перемещения — поровое давление». Схему проверили на задачах совместной деформации и вращения, одномерной консолидации, а также дренированного и недренированного двухосного сжатия. В расчетах воспроизводились локализация деформаций, изменение порового давления, эволюция анизотропии контактной структуры и некоаксиальность напряжений и деформаций.

Разработка предназначена прежде всего для численного анализа зернистых грунтов в задачах, где существенны большие перемещения и повороты и где макроскопический отклик необходимо связать с поведением отдельных частиц.