www.htwk-leipzig.de

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

2

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

HTWK Leipzig University of Applied Sciences

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

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 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

HTWK Leipzig University of Applied Sciences

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

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

1

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

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

Parametrisierung des Versuchsmaterials für die Implementierung des Stoffgesetzes

regionaler Sand (trocken)

Laborversuche

Simulationen von

Elementversuchen

Ödometerversuche Triaxialversuche

15Motivation Grundmodell Optimierung Validierung Ausblick

HTWK Leipzig University of Applied Sciences

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

HTWK Leipzig University of Applied Sciences

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

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)

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

HTWK Leipzig University of Applied Sciences

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

HTWK Leipzig University of Applied Sciences

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Nachwuchsforschergruppe G² Gruppe Geotechnik

Schwergewichte der Bodenverdichtung im Modell Numerik trifft auf optische Hochgeschwindigkeitsmessungen

24

mehr Informationen auf

www.g2-gruppegeotechnik.de