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Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig
Leipzig University of Applied Sciences
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Holger Pankrath, Rosa Elena Ocaña Atencio, Alexander Knut, Ralf Thiele
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Gliederung
1. Motivation
2. Grundmodell der numerischen Simulationen
3. Optimierung des Grundmodells
4. Validierung der numerischen Simulationen
5. perspektivische Arbeiten
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
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HTWK Leipzig University of Applied Sciences
G² Gruppe Geotechnik
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
3Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
G² Gruppe Geotechnik
Forschungs- und Entwicklungsbedarf für:
- Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung
- In Sachen Klimawandel
- Für die Infrastruktur der Zukunft
- Für die digitale Zukunft in der Geotechnik
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
4Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
G² Gruppe Geotechnik
Zielstellung: quantitative Effizienz- und Nachhaltigkeitsanalyse von Maßnahmen zur tiefen
Baugrundverbesserung
Forschungsprojekte:
lisoCOL (Bodenmodifizierung – Neuentwicklung von vertikalen Lastabtragungselementen)
TCDyn (geotechnisches Messwesen – Entwicklung angepasster Triaxialversuche)
DynIm (Bodenverdichtung – Verfahrensentwicklung einer Verdichtungseinheit)
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
5Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
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Forschungsprojekt DynIm - Motivation
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Walze
Tiefenwirkung: bis 2,5 m
dynamische Intensivverdichtung
Tiefenwirkung: bis 15,0 m
Impulsverdichtung
Tiefenwirkung: bis 6,5 m
6Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Forschungsprojekt DynIm - Motivation
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
flächenwirksam punktuell wirksam
7Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Untersuchung von bestehenden Verfahren
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Prüf-Werkzeuge
numerische Simulationen
ABAQUS
Feldversuche
skalierteModellversuche
(DIC)
8Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Nachsimulationen von realen VerdichternGrundmodell
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
9Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Nachsimulationen von realen VerdichternGrundmodell
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Grundmodell des Verdichtungsgerätes
Teilthemen Lösungsansätze
Randbedingungen 2D Modell axialsymmetrisch
Elementdefinition analytische Oberfläche
(Starrkörper)
Kontaktbedingung Penalty-Methode
10Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
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Nachsimulationen von realen VerdichternGrundmodell
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Grundmodell des Bodenkörpers
Teilthemen Lösungsansätze
Randbedingungen 2D Modell axialsymmetrisch
Elementdefinition finite Elemente (CAX4R)
infinite Elemente (CINAX4)
Netzverfeinerung ALE-Methode
BIAS-Faktor
ABAQUS Standard geostatischer
Spannungszustand
ABAQUS Explicit Simulation der Verdichter
11Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
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Nachsimulationen von realen VerdichternWofür?
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Parameterstudien
Untersuchung des Einflusses gerätespezifischer Parameter auf die Verdichtungsleistung
- Geometrie
- Durchmesser
- Masse
- Fallhöhe
- Anzahl an Überfahrten / Schläge
Fallhöhe Durchmesser Masse
Untersuchung in Anlehnung an das System
dynamische Intensivverdichtung
gezielte Nutzung von Steuergrößen
12Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
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Nachsimulationen von realen VerdichternOptimierung des Grundmodells
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
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Teilthemen Lösungsansätze
Stoffgesetz bisher elastoplastisches Stoffgesetz
Stoffgesetz neu hypoplastisches Stoffgesetz
UMAT / VUMAT
Subroutine
aus der Website:
soilmodels.info
1G. Gudehus, A. Amorosi, A. Gens, I. Herle, D. Kolymbas, D. Mašín, D. Muir Wood, R. Nova, A.
Niemunis, M. Pastor, C. Tamagnini, and G. Viggiani. The soilmodels.info project. International Journal
for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 32(12):1571-1572, 2008
13Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Nachsimulationen von realen VerdichternOptimierung des Grundmodells
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Erg
ebnis
grö
ße
Bisher: Dehnungsänderung
Neu: Porenzahländerung
14Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
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Nachsimulationen von realen VerdichternOptimierung des Grundmodells
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Parametrisierung des Versuchsmaterials für die Implementierung des Stoffgesetzes
regionaler Sand (trocken)
Laborversuche
Simulationen von
Elementversuchen
Ödometerversuche Triaxialversuche
15Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
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Nachsimulation von realen VerdichternValidierung
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Prüf-Werkzeuge
numerische Simulationen
ABAQUS
Feldversuche
skalierteModellversuche
(DIC)
16Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Nachsimulation von realen Verdichtern Validierung
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
skalierte Modellversuche unter Anwendung von optischen Messmethoden (DIC)
Fallvorrichtung / Geräteführung
Probeträger mit transparenter Vorderseite
17Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Nachsimulation von realen Verdichtern Validierung
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
skalierte Modellversuche unter Anwendung von optischen Messmethoden (DIC)
Versuchstand - S Versuchstand - M
18Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Nachsimulation von realen Verdichtern Validierung
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Durchführung skalierter Modellversuche unter Anwendung von optischen Messmethoden (DIC)
19Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
HTWK Leipzig University of Applied Sciences
Nachsimulation von realen Verdichtern Validierung
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Auswertung skalierter Modellversuche unter Anwendung von optischen Messmethoden (DIC)
Istra4D Digital Image Correlation (DIC)
20Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
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Nachsimulation von realen VerdichternValidierung
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Vergleichspunkte zur Validierung der numerischen Simulationen
NumerikABAQUS
Verschiebung
Dehnung
Porenzahl-änderung
optische Auswertung
Verschiebung
Dehnung
21Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
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Nachsimulation von realen Verdichtern Validierung
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
skalierte Modellversuche unter Anwendung von optischen Messmethoden (DIC)
Vorteile des Validierungsverfahrens
Schnittpunkte mit der numerischen Simulation ( = Ergebnisgröße)
berührungslose Messung des Bodenverhaltens in Echtzeit
Kosten- und Zeitersparnis gegenüber Versuchen im 1:1 Maßstab
Möglichkeit zur Prüfung von bestehenden und perspektivischen Verfahren
22Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick
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Perspektivische Arbeiten
Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik
Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen
Validierung der Simulationen mit dem hypoplastischen Stoffgesetz
Boden+
Verdichter
3D?Axialsymmetrie?
NetzfeinheitNeu-Vernetzung
(ALE / CEL)
hypoplastisches Stoffgesetz
23Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick