Fizikai modellezés a geotechnikában Hudacsek Péter
Az előadás tartalma A modellezésről általában Modellezés a geotechnikában Geotechnikai fizikai modell típusok Kis feszültségszintű modellek Helyreállított feszültségszintű modellek Technológia Modelltörvények Tipikus alkalmazási példák Összefoglalás
Modellezés a mérnöki gyakorlatban A modell a valóság egy kiemelt egyszerűsített szeletét vizsgálja. A mérnöki gyakorlatban a modell általában egy adott rendszer viselkedését próbálja megjósolni, egy, az eredeti rendszer viselkedését reprezentatívan bemutató másik, egyszerűsített rendszer vizsgálata segítségével (taktikai, szimulációs modell) A determinisztikus modelleket szeretjük. Modelljeink vagy valós fizikai, vagy absztrakt modellek A valós fizikai modellek vizsgálata a kísérlet Elem vizsgálat Teljes méretarányú modell Kicsinyített modell Az absztrakt modellek analitikus, numerikus, statisztikai módszerekkel vizsgálhatóak.
Modellezés a geotechnikában Az absztrakt modellek geometriai, konstitutív, perem/kezdeti érték modellekből állnak össze a vizsgálati módszert tekintve kezelhetők: Analitikusan Numerikusan Fizikai: Elem vizsgálatok modellparaméterek Típusvizsgálatok adott szerkezeti elem viselkedése Valós méretarányú modellek vizsgálata egyszerűsített peremfeltételek mellett. Kis méretarányú modellek vizsgálata egyszerűsített peremfeltételek mellett. Kis méretarányú modellek vizsgálata egyszerűsített peremfeltételek mellett, helyreállított feszültségszinten.
A geotechnikai modellezés fajtái DMW -féle osztáyozás Tapasztalati modellek Elméleti modellek Anyagmodellek Numerikus modellek Fizikai modellek Teljes méretarányú Kis méretarányú Geológiai modellek Osztályozási modellek
Tapasztalati modell - példa Teherbírás meghatározása nyírószonda alapján
Elméleti modell - példa Alaptörés koheziós talajon σ a -σ b =6c u σ a -σ b =5.77c u σ a -σ b =5.14c u
Fizikai modellek
Kis méretarányú, alacsony feszültségszintű modellek 85mm széles, síkalap függőleges terhelése során kialakuló alakváltozás mező száraz tömör homok esetében, síkbeli alakváltozási állapotban.
Kis méretarányú, kis feszültségszintű modellek 85 mm széles, síkalap függőleges terhelése során kialakuló alakváltozás mező száraz laza homok esetében, síkbeli alakváltozási állapotban.
Kis méretarányú, kis feszültségszintű modellek A fenti sávalapok (tömör (T) és a laza (L)) teher elmozdulás diagramja
Kis méretarányú, kis feszültségszintű modellek- probléma
Kis méretarányú, kis feszültségszintű modellek- probléma
Kis méretarányú, alacsony feszültségszintű modellek- probléma Az alacsony feszültségszint miatt eltérő mechanizmus nem reprezentatív eredmény Az eredmény nem minden esetben skálázható Az eredmény önmagában értékelendő
Ahol mégis működik valós méretarányú elemteszt
/home/peti/desktop/piv/v17/piv/ 1 Tömör homok
Hol is tartunk? Szeretnénk geotechnikai problémákat fizikai modellek segítségével vizsgálni Mert: numerikusan nehezen kezelhető problémák vizsg megoldást mechanizmusokat érthetünk meg a talaj jobban tudja az anyagegyenletet mint az anyagmodelljeink De bajban vagyunk! Mert: a szerkezeteink túl nagyok, és általában nem vizshálhatjuk csak egyes elemeit (ellenpélda az előbb elhangzott) a kis méretarányú szerkezetek, a talaj feszültségfüggő viselkedése miatt nem reprezentatívak
A megoldás
A probléma kezelése a modell feszültségszintjének helyreállításával A fizikai megvalósítás eszköze a geotechnikai centrifuga
Technológia A geotechnikai centrifuga alkalmazásának gondolata 1870-ig nyúlik vissza Az első kísérlet 1930-as években hajtották végre az egyesült államokban (bányaboltozatokkal kapcsolatos kísérletek) A 1930-1960-es években csak a Szovjetunióban folytak geotechnikai centrifuga kutatások. A nyugati világban 1970-től kezdett elterjedni a geotechnikai centrifuga használata Fő típusai: Dob Karos Rögzített kosaras Lengőkosaras
UWA dobcentrifuga
Lengőkaros kétkosaras centrifuga - Delft 1.2m sugár 160g gyorsolás 30kg modell
Lengőkaros ellensúlyos centrifuga - Dundee 3 m sugár 120g gyorsolás 1000 kg 90cm x 50cm x 60cm modell
Lengőkaros ellensúlyos centrifuga LCPC, Franciaország 5.5 sugár 200g 2000kg modell
Centrifuga vezérlő szoba Centrifuga tér Centrifuga vezérlő számítógép Kísérlet vezérlő számítógép Meghajtás Biztonsági érzékelők Centrifuga Centrifuga vezérlő egység (PLC, inverter, stb.) Külső centrifuga tér Tápegységek, hidraulika, pneumatika, víz, stb. Fedélzeti számítógép Fedélzeti számítógép DAQ PC MC IMAQ Végrehajtó berendezésdek
Modelltörvény-feszültségek
Modelltörvény-feszültségek
Modelltörvények potenciális áramlások
Alkalmazási példa - 1
Előzmények-tapasztalat
Numerikus modell
Túlkonszolidált kaolin centrifuga modell
BIONICS
Modell építés
Hidraulikai peremfeltételek
Alkalmazási példa -2