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Kontaktelemente

Die Kontaktelemente können ein elastisches Materialmodell haben (Möglichkeit der Abbildung der Kontaktspannungen unter Voraussetzung des elastischen Kontaktverhaltens) oder plastisches Materialmodell haben, das auf der Mohr-Coulomb-Plastizitätsbedingung mit dem Ausschluss der Zugfestigkeit basiert.

Das Materialmodell eignet sich zur Modellierung der Abtrennung der Konstruktion bei Zugbeanspruchung. Für die Berechnung von Verbaukonstruktionen muss immer mit dem plastischen Kontaktmodell gerechnet werden.

Die grundlegenden Parameter des plastischen Modells sind die Kohäsion c , Reibungskoeffizient μ und Dilatanzwinkel ψ. Die Parameter c und μ können auch indirekt eingegeben werden, indem die Parameter c und tan (φ) des Bodens auf dem Kontakt verringert werden. Beim Kontakt zwischen zwei Böden ist der kleinere der c- und φ-Werte beider Böden (Gesteine) entscheidend für die Reduktion.

Kontaktparameter werden dann durch Beziehungen definiert:

Wenn wir keine genauen Informationen zur genauen Bestimmung der Reduktionsparameter haben, können wir 2/3 für Stahlkonstruktionen in sandigen Böden, 1/3 für Stahlkonstruktionen in Tonböden in Betracht ziehen. Für die Betonkonstruktionen werden normalerweise höhere Werte eingegeben. Der Reduktionskoeffizient sollte normalerweise kleiner als 1 sein. Der Dilatanzwinkel hat eine ähnliche Bedeutung wie bei Standard-Bodenmodellen. Durch Einführung von ψ = 0 nehmen wir elastisches Kontaktverhalten im Zug/Druck an. Die plastische Verformung beschränkt sich somit nur auf die Scherung.

Weitere Parameter des Kontaktmodells sind die Normalsteifigkeit ks und die Schersteifigkeit kn des pro Längeneinheit gezogenen Kontaktelements. Wir können uns diese Variablen als die Federsteifigkeit in einer gegebenen Schnittstelle vorstellen. Die richtige Wahl dieser Parameter ist nicht einfach und es ist offensichtlich, dass diese Wahl vom gegebenen gelösten Problem abhängt. Die Bindung dieser Parameter an die Materialeigenschaften des Bodens auf dem Kontakt kann ein gewisser Anhaltspunkt bei der Auswahl der Werte der Variablen ks und kn sein. Befindet sich auf beiden Seiten des Kontakts dasselbe Material, können die folgenden Beziehungen verwendet werden:

wo:

t

-

angenommene (fiktive) Dicke der Kontaktschicht

G

-

Elastizitätsmodul des Bodens bei Scherung

E

-

Young’s Elastizitätsmodul

Im Fall der unterschiedlichen Materialien (E1, E2, G1, G2) wird ein kleinerer Wert von ks und kn betrachtet.

Obwohl die Wahl der Parameter ks und kn bei vollständig plastischem Kontaktverhalten nicht wesentlich ist, ist die Größe dieser Variablen entscheidend für die erfolgreiche Lösung des betrachteten nichtlinearen Problems. Zu hohe Steifigkeitswerte (über 100000 kN/m3) können zu Schwingungen der numerischen Lösung führen. Umgekehrt führen zu niedrige Werte von ks und kn-Parametern (unter 10000 kN/m3) zu unrealistischen Verformungen von Konstruktionen.

Die Standardeinstellung der Steifigkeiten im Programm ist 10000 kN/m3.

Visualisierung von elastischen Steifigkeiten

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