Linking DEM with micropolar continuum

Diese Dissertation konzentriert sich auf die numerische Modellierung von granularen Materialien mit Diskreten- und Kontinuumsmethoden. Die Zusammenhänge zwischen beiden Methoden werden erörtert. Die Diskrete Elemente Methode wird als ein Beispiel für diskrete Methoden genommen. Für die Kontinuumsmethode werden ein hypoplastisches Modell sowie die Mikropolar-Theorie verwendet. Die Diskrete Elemente Methode (DEM) wird benutzt, um mehrere Element-Tests an granularen Materialien zu simulieren, z.B. einfache Scherung und biaxialer Kompressionsversuch bei verschiedenen Randbedingungen. Mit Homogenisierungsmethoden werden Spannung, Dehnung und Rotation in DEM-Simulationen diskutiert. Basierend auf dem hypoplastischem Modell und der Mikropolar-Theorie wird ein neues Materialgesetz mit komplexen Formulierungen entwickelt. Das Stoffgesetz stellt eine Beziehung zwischen den Spannungs-Dehnungs-Variablen und den Moment-Krümmung-Variablen dar, und ist einfacher als die vorhandenen hypoplastischen Modelle. Der einzige zusätzliche Materialparameter ist die charakteristische Länge, welche sich anhand der Dicke der Scherfuge bestimmen lässt. Das neue Modell wird in das Finite-Elemente Programm ABAQUS implementiert. Biaxiale Versuche, periodische Scherversuche und einfache Scherversuche werden simuliert. Das maßstababhängige Verhalten wird durch die charakteristischen Längen hinreichend beschrieben. Die Ergebnisse der Kontinuums-Simulationen mit FEM werden mit Laborversuchen und DEM-Simulationen verglichen.This thesis focuses on numerical modeling of granular materials with discrete and continuum methods. The links between both methods are discussed. Discrete element methodis taken as an example of discrete method. For the continuum method, hypoplastic model and micropolar theory are used. The discrete element method (DEM) is used to simulate several element tests for granular materials, including simple shear test and biaxialcompression test with different boundary conditions. Using averaging methods, stress, strain and rotation in DEM simulations are discussed. Based on hypoplastic model and micropolar theory, a new constitutive model is developed with complex formulations. The resulting model represents relationships between the stress-strain variables and the moment-curvature variables and is much simpler than the existing micropolar hypoplastic model.The only additional material parameter is the characteristic length, which can be determined from the width of shear band. This new model is implemented in the finite element program ABAQUS. Biaxial tests, periodic shear tests and simple shear tests are simulated. By using different internal lengths, size dependent material behavior is well captured. The results of continuum simulations with FEM are compared with experiments and DEM simulations.Jia LinAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2013OeBB(VLID)193059