Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/9443
Title: Υπολογιστικές τεχνικές αιχμής στη γεωτεχνική μηχανική με τη μέθοδο των διακριτών στοιχείων
Authors: Θωμάς, Κωνσταντίνος
Keywords: Μέθοδος διακριτών στοιχείων
Αριθμητικές μέθοδοι
Μικροπαράμετροι
Γεωτεχνική μηχανική
Διασπορά κυμάτων
Κοκκώδη υλικά
Keywords (translated): Distinct element method
Numerical methods
Micro-parameters
Geotechnical engineering
Wave dispersion
Granular media
Abstract: Η Διατριβή έχει τρεις κύριους στόχους. Ο πρώτος είναι να αναδείξει τη σημασία και την πρακτική χρησιμότητα της Μεθόδου των Διακριτών Στοιχείων στη μελέτη διαφορετικών προβλημάτων που αφορούν κοκκώδη υλικά όπως το έδαφος. Ο δεύτερος στόχος είναι η ανάπτυξη αριθμητικών εργαλείων τα οποία αποτελούν τη βάση διερευνήσεων με την Μέθοδο, και ο τρίτος αφορά τη μελέτη συγκεκριμένων προβλημάτων της Γεωτεχνικής Μηχανικής, θεωρητικής και πρακτικής φύσης, με έμφαση στη συμπεριφορά της μικροδομής, η οποία είναι δύσκολο να διερευνηθεί πλήρως μέσω εργαστηριακών δοκιμών. Το πρώτο από τα αριθμητικά εργαλεία που αναπτύχθηκαν είναι αλγόριθμος δημι-ουργίας πυκνών διδιάστατων ορθογωνικών διατάξεων κόκκων. Το κίνητρο για την ανάπτυξή του προέρχεται από την προφανή προαπαίτηση των αναλύσεων, την ύπαρξη αρχικής διάταξης σωματιδίων, τέτοια ώστε να αντιπροσωπεύει ρεαλιστικά τις πραγματικές συνθήκες του υπό μελέτη προβλήματος. Το δεύτερο αριθμητικό εργαλείο αφορά την ανάπτυξη αλγόριθμου προσομοίωσης της εργαστηριακής δοκιμής αξονικής φόρτισης υπό πλευρική τάση, δηλαδή δοκιμές μονοαξονικής, διαξονικής και τριαξονικής φόρτισης. Η προσομοίωση της δοκιμής κρίθηκε απαραίτητη, καθότι αποτελεί αρκετά διαδεδομένη εργαστηριακή μέθοδο μέτρησης των μηχανικών ιδιοτήτων των εδαφικών υλικών, και ταυτόχρονα χρησιμεύει ως εργαλείο βαθμονόμησης των προσομοιωμάτων. Αναφορικά με τα προβλήματα της Γεωτεχνικής Μηχανικής που επιλέχθηκαν προς διερεύνηση, το πρώτο αφορά στη διάδοση διαμήκων κυμάτων σε κοκκώδη υλικά, (τομέας αιχμής της Γεωτεχνικής Μηχανικής, της Γεωφυσικής, της Εμβιομηχανικής και της Επιστήμης των Υλικών). Οι μελέτες για τη διάδοση των κυμάτων σε αυτά, αποσκοπούν στην κατανόηση της εσωτερικής μικροδομής τους, καθορίζοντας έτσι τις μηχανικές ιδιότητες σε δυναμική φόρτιση. Σημειώνεται ότι το συγκεκριμένο τμήμα της έρευνας αποτελεί συνέχεια σχετικής εργασίας του συγγραφέα για την απόκτηση Μεταπτυχιακού Διπλώματος Ειδίκευσης, επεκτείνοντας τις αναλύσεις σε τρεις διαστάσεις και διερευνώντας ταυτόχρονα το σημαντικό ζήτημα του προσδιορισμού του χρόνου άφιξης ενός κύματος. Το δεύτερο πεδίο διερεύνησης αφορά στη μελέτη της επιρροής των μικροπαραμέ-τρων που περιγράφουν τα προσομοιώματα της Μεθόδου, στην απόκριση των αριθμητικών δοκιμίων υπό διαξονική φόρτιση. Ο ορισμός τους αποτελεί μια από τις κύριες προκλήσεις στις αναλύσεις με τη Μέθοδο των Διακριτών Στοιχείων, με την ακρίβεια των αποτελεσμάτων της να εξαρτάται άμεσα από τις τιμές τους. Οι σχετικές εργασίες στη βιβλιογραφία, αναλυτικές και αριθμητικές, αναδεικνύουν τον παραπάνω συλλογισμό, καθώς όμως και τις διαφορές μεταξύ των ερευνητών, επισημαίνοντας έτσι την ανάγκη περαιτέρω έρευνας στο αντικείμενο.
Abstract (translated): Main goals of this Thesis are a) to address the importance and practicality of the Distinct Element Method (DEM) as a numerical tool in studying the behavior of granular materials like soil, b) the development of numerical tools acting as a basis for studying these problems using DEM and c) gain insight into particle-scale behavior on chosen Geotechnical Engineering problems, which is difficult to achieve only through laboratory tests. The first of the numerical tools created for this Thesis, is an algorithm that creates two dimensional orthogonal dense assemblies of circular particles. Motivation for developing such an algorithm rises from the fact that every numerical analysis using DEM, demands an initial assembly of particles that describes realistically the field conditions of the problem being analyzed. The second numerical tool is an algorithm simulating the laboratory test of axial compression under lateral stress in two (Biaxial) or three (Triaxial) dimensions. Simulating this test is very useful, considering that is a very popular among laboratory tests and also acts as a calibration tool for DEM models. One of the Geotechnical Engineering problems this Thesis studies, is wave propagation in granular media, a state of the art problem in many fields of science like, Geotechnical Engineering, Geophysics, Biomechanics and Material Science. Studying Wave Propagation in granular materials is fundamental for understudying the micro-structure which defines their behavior under dynamic loading. The second problem studied on this Thesis, is investigation of the influence of micro-parameters on the biaxial behavior of dry cohesionless soil samples as de-scribed through the peak and residual friction angle. Previous analytical and nu-merical studies show that definition of micro-parameters, is one of the main chal-lenges in analyses with DEM, influencing the accuracy of the results.
Appears in Collections:Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών (ΔΔ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Thomas(civ).pdf12.88 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.