Untersuchung großer Verformungen in der Vertushka
Iliana Polymerou
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Iliana Polymerou, Untersuchung großer Verformungen in der Vertushka (2017), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832593162
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Beschreibung / Abstract
Diese Arbeit befasst sich mit der experimentellen und numerischen Untersuchung großer Verformungen von Sand im Versuchsgerät Vertushka. Eine zylindrische Sandprobe wird in der Vertushka zyklisch belastet und modelliert laut Revuzhenko A.F. die Gezeitendeformation der Erde. Analysen mit Particle Image Velocimetry (PIV) zeigen, dass die Trajektorien der Sandpartikel durch Epizyklen gekennzeichnet sind, die in Drehrichtung des Geräts wandern und ein spiralförmiges Muster formen. Dilatantes Verhalten der Sandprobe wird vom Anfang des Versuchs an beobachtet. Dieses entwickelt sich weiter, bis sich die Probe nach einigen Belastungszyklen stationär verhält. Eine konvektive Bewegung wird festgestellt, bei der die Sandpartikel am Rand zum Boden des Sandbehälters sinken und in der Mitte der Sandprobe an die Oberfläche kommen. Die Randverformung der Sandprobe wird mathematisch beschrieben und als Randbedingung für die numerische Simulation gesetzt. Der netzfreie Programmcode SPARC (Soft PARticle Code) wird erweitert, um die großen Verschiebungen der Sandprobe zu simulieren. Zu diesem Zweck werden die bislang verwendeten polynomischen Basisfunktionen durch radiale Basisfunktionen ersetzt. Barodesie, eine Weiterentwicklung der Hypoplastizität von Kolymbas, wird als Materialmodell herangezogen. Barodesie bildet die Eigenschaften der Sandprobe gut ab, insbesondere das allmähliche "Vergessen" des Ausgangszustandes.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- Danksagung
- Kurzfassung
- Abstract
- 1 Einleitung
- 1.1 Vertushka
- 1.2 Ziel der Untersuchung
- 1.3 Gliederung der Arbeit
- 2 Die Vertushka
- 2.1 Russischer Prototyp
- 2.2 Beschreibung des Versuchsgeräts
- 2.3 Form des Sandbehälters
- 2.4 Funktionsweise des Versuchsgeräts
- 2.5 Bewegung des Sandbehälters
- 3 Theoretische Beschreibung der Bewegung in der Vertushka
- 3.1 Ursprünglicher Ansatz von Revuzhenko
- 3.2 Ansatz einer homogenen Verformung
- 3.3 Berücksichtigung der Fixierung
- 4 Experimentelle Untersuchung
- 4.1 Beschreibung der Experimente
- 4.2 Messung der Geschwindigkeiten mit PIV
- 4.3 Auswertung der Experimente
- 4.4 Einfluss der Korngröße
- 4.5 Einfluss der Fixierungen
- 4.6 Oberflächenverschiebungen
- 4.7 3D Effekte in der Vertushka
- 5 Approximationsmethoden in SPARC (Soft PARticle Code)
- 5.1 Soft PARticle Code - SPARC
- 5.2 Approximationsmethode
- 5.3 Beispiel zum Vergleich der Approximationsmethoden
- 5.4 Approximation des Geschwindigkeitsfeldes der Vertushka
- 6 Numerische Simulation
- 6.1 Überprüfung der Qualität der Approximation
- 6.2 Randbedingungen für die Simulationen
- 6.3 Barodesie - Ebene Verformung
- 6.4 Verformung bei konstanter Spannung T33
- 6.5 Simulation mit Hypoplastizität von Wolffersdorff
- 6.6 Simulation eines viskosen Materials
- 7 Vergleich der Berechnung mit der Messung
- 7.1 Kinematik des Sandbehälters
- 7.2 Trajektorien der Sandpartikel
- 7.3 Verschiebungen in der Sandprobe
- 8 Schlussfolgerungen und Ausblick
- 8.1 Schlussfolgerungen
- 8.2 Vorschläge für zukünftige Forschung
- 8.3 Mögliche Anwendungen des Versuchsgeräts
- A Abdruck der Schablone
- B Integration eines Systems von Differentialgleichungen
- C Numerische Berechnung des elliptischen Integrals
- D Liste der Symbole