COMSOL выпускает модуль Geomechanics для моделирования грунтов и горных пород

Компания COMSOL представила модуль Geomechanics, который позволит растущему сообществу пользователей COMSOL Multiphysics увеличить свои возможности в решении геотехнических задач и задач гражданского строительства, таких как оценка устойчивости откосов, прогнозирование разрушения тоннелей и подпорных стенок. Модуль Geomechanics позволяет изучать пластичность, деформацию и разрушение грунтов и горных пород, в том числе в случае взаимодействия с бетонными созданными человеком сооружениями. Модуль Geomechanics поставляется с библиотекой моделей материалов и поддерживает решение мультидисциплинарных задач с применением бесшовной интеграции с другими модулями COMSOL.

«Пользователи COMSOL, работающие в геотехнической области, уже давно применяют продукты COMSOL для задач, связанных с электричеством, магнетизмом, и подземными течениями, таких как индукционный каротаж, фильтрация атмосферных осадков, загрязнение грунтовых вод. Это подтолкнуло нас к тому, чтобы начать разработку специализированного геомеханического инструмента, – говорит доктор Эд Гонзалез (Dr. Ed Gonzalez), один из менеджеров в компании COMSOL. – В модуль Geomechanics включены модели материалов, широко применяемые в данной области: модель Cam-Clay, Drucker-Prager, Mohr-Coulomb и Ottosen. Модуль Geomechanics может также работать в паре с модулем Subsurface Flow».

На иллюстрации приведены эквивалентные по Мизесу напряжения в бетонной балке, усиленной стальными стержнями, и осевые напряжения в стержнях, возникающие при разрушении балки в ходе растяжения

 

Механика грунтов

Почва, как упругий материал, ведет себя иначе, чем, например, сталь. В случае сжатия грунт может выдерживать большие нагрузки, однако в случае сдвига небольшая нагрузка может привести к существенным деформациям. Традиционные модели неприменимы при моделировании и анализе подобных явлений. Модуль Geomechanics, в свою очередь, комплектуется набором сложных моделей материалов, описывающих поведение грунтов, в частности, внутреннее трение и сцепление частиц почвы. Эти модели (Cam-Clay, Drucker-Prager, Mohr-Coulomb, Matsuoka-Nakai и Lade-Duncan), могут быть использованы при оценке устойчивости откосов, подпорных стенок и других подобных сооружений.

 

Механика бетона и горных пород

Модуль Geomechanics также поставляется с набором инструментов для моделирования механики горных пород и бетона. Встроенные модели Willam-Warnke, Bresler-Pister, Ottosen и Hoek-Brown могут быть применены или дополнены для описания более широкого спектра хрупких материалов. «Мы знаем, что даже если модуль Geomechanics поставляется со встроенными моделями Willam-Warnke, Bresler-Pister, Ottosen и Hoek-Brown для решения задач, связанных с бетоном и горными породами, наши пользователи найдут пути для того, чтобы применить эти модели и в задачах с другими хрупкими материалами, такими как керамика», – говорит доктор Эд Гонзалез.

 

Настройка и дополнение

Кроме встроенных моделей пластичности, в ходе решения задач могут быть применены и создаваемые пользователями законы пластического течения, которые задаются с помощью интерфейса COMSOL Multiphysics. «На самом деле пользователи COMSOL за последние несколько лет самостоятельно создали материалы для решения задач механики горных пород и бетона, – говорит доктор Гонзалез. – Это весомый аргумент в пользу пользовательских equation-based-интерфейсов, ясно демонстрирующий, как они могут быть применены для надстройки новых и модификации существующих моделей материалов. В то же время, встроенные модели позволят пользователям сэкономить время, избежав обращения к уравнениям».

На иллюстрации приведено решение задачи о свободной конвекции в пористой среде, моедль для которой объединяет в себе заданные через уравнения баланс импульса и баланс энергии.

 

Подземные течения, пороупругость и мультидисциплинарные задачи

Модуль Geomechanics может быть использован в сочетании с любым из других модулей COMSOL. Одно из наиболее важных сочетаний – с модулем Subsurface Flow, благодаря которому становится возможным решение задач, связанных с пористыми средами, задач пороупругости и других задач.

Кроме того, в связи с тем, что модуль Geomechanics построен на базе модуля Structural Mechanics, пользователи всегда могут мгновенно получить доступ к стандартному функционалу, включая оболочки, балки, фермы, возможность учета температурных напряжений и стандартные модели материалов.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® по материалам сайта CIMdata.