Simulationssoftware Simulation von Erdboden- und Gesteinsmechanik

Comsol hat Geomechanics Modul mit neuen Eigenschaften für die Simulation von Erdboden- und Gesteinsmechanik veröffentlicht.

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Das Geomechanics Modul bietet Anwendungen zur Untersuchung von Plastizität, Deformation und Versagen von Erdreich und Gestein sowie deren Wechselwirkungen mit Beton- oder anderen von Menschen geschaffenen Strukturen. Das Modul umfasst eine Vielzahl an Materialmodellen, baut auf dem Structural Mechanics Zusatzmodul von Comsol Multiphysics auf.

Spezifische geomechanische Werkzeuge

"Die Comsol Anwender im geotechnischen Umfeld setzen die Comsol Produkte bereits erfolgreich bei Untersuchungen von Elektromagnetik und Grundwasserströmungen, wie z. B. induktive Bohrlochuntersuchungen, Infiltration von Niederschlag und Grundwasserkontamination, ein. Durch diese Anwendungen ist bei uns der Bedarf entstanden, auch spezifische geomechanische Werkzeuge anzubieten", sagt Dr. Ed Gonzalez, Produktmanager bei Comsol.

Erdboden-Materialmodelle berücksichtigen innere Reibung

Als elastisches Material verhält sich der Erdboden völlig anders als formbare Materialien wie beispielsweise Stahl. Wenn Erdboden gleichmäßig verdichtet wird, kann er signifikanten Lasten widerstehen. Wenn er jedoch Scher- oder Zugkräften ausgesetzt wird, gibt er sehr schnell nach. Herkömmliche Materialmodelle können bei der Analyse solcher Phänomene nicht angewendet werden. Das Geomechanics Modul dagegen bietet eine Reihe anspruchsvoller Erdboden-Materialmodelle, die auch innere Reibung und Interlocking-Mechanismen der Erdpartikel berücksichtigen. Diese Modelle, darunter Cam-Clay, Drucker-Prager, Mohr-Coulomb, Matsuoka-Nakai und Lade-Duncan, können für die Analyse von Hängen, Stützwänden und ähnlichen Anwendungen eingesetzt werden.

Werkzeuge für die Modellierung von Beton und Gesteinen

Das Geomechanics Modul bietet außerdem leistungsstarke Werkzeuge für die Modellierung von Beton und Gesteinen. Die integrierten optionalen Modelle von Willam-Warnke, Bresler-Pister, Ottosen und Hoek-Brown können vom Anwender zu einer allgemeineren Klasse von sprödem Material angepasst und erweitert werden.

"Obwohl das Geomechanics Modul gezielt Materialmodelle für Gestein und Beton bietet, wissen wir, dass unsere innovativen Anwender Wege finden werden, diese Modelle auch bei anderen spröden Materialien wie z. B. Keramik anzuwenden", fügt Dr. Gonzalez hinzu.

Fließfunktionen erzeugen

Zusätzlich zu den integrierten Plastizitätsmodellen können mit Hilfe der von der Comsol Multiphysics Umgebung bereitgestellten gleichungsbasierenden Eingabemaske auch Fließfunktionen erzeugt werden. "In der Tat haben die Comsol Anwender in den letzten Jahren selbst Erdboden- und Gesteins-Modelle implementiert", sagt Dr. Gonzalez. "Dies ist ein deutlicher Beweis für die Leistungsfähigkeit der gleichungsbasierten Anwenderschnittstellen und zeigt die Möglichkeiten, wie damit existierende Materialmodelle angepasst und erweitert werden können. Die neuen vordefinierten Materialmodelle werden den Anwendern eine deutliche Zeitersparnis bieten, und es wird einfacher sein, mit ihnen zu arbeiten, da keine gleichungsbasierte Modellierung erforderlich ist."

Strömung im Untergrund, Poroelastizität und Multipyhsik

Das Geomechanics Modul kann nahtlos mit Berechnungen anderer Comsol Module verknüpft werden. Einige der wichtigsten Verknüpfungen können mit dem Subsurface Modul vollzogen werden, das verschiedene Funktionen für die Durchströmung poröser Medien, Poroelastizität sowie für Stofftransport enthält.

"Man kann so sehr einfach multiphysikalische Modelle erzeugen", erklärt Dr. Gonzalez. "Denn man hat die Freiheit, Abhängigkeiten von einem berechneten Temperaturfeld oder anderen Feldgrößen in die Materialdefinitionen des Geomechanics Moduls mit einzubeziehen." (jup)

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