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Titelaufnahme

Titel
Hypoplastic constitutive model for debris materials / Xiaogang Guo
Weitere Titel
Hypoplastische Konstitutive Model für Murenmaterial
VerfasserGuo, Xiaogang
Begutachter / BegutachterinWang, Yongqi ; Fang, Chung
Betreuer / BetreuerinWu, Wei
ErschienenWien, September 2016
UmfangVI, 79 Seiten : Diagramme
HochschulschriftUniversität für Bodenkultur Wien, Dissertation, 2016
Anmerkung
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Murengang / Hypoplatische Modell / granuläre Fliessen / SPH
Schlagwörter (EN)Hypoplasticity, debris materials, granular flow, SPH
Schlagwörter (GND)Mure / Hydrodynamik / Simulation
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-18676 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
Dateien
Hypoplastic constitutive model for debris materials [5.39 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Murgänge sind eine häufig auftretende Naturgefahr, die weltweit eine große Anzahl von Opfern und Vermögensschaden verursacht. Diese Arbeit dem Versuch ein kompetentes Modell für die numerische Simulation von Murgängen zu entwickeln. In der konstitutiven Modellierung wird das Murenmaterial normalerweise als Gemisch aus festen sphärischen Teilchen und viskosem Fluid vereinfacht und als Kontinuum behandelt. Ein kompetentes konstitutives Modell ist erforderlich, um den Übergang zwischen dem feststoffähnlichen und fluidähnlichen Verhalten zu erfassen. In dieser Arbeit kombinieren wir statische und dynamische konstitutive Theorien, um ein einheitliches und multiskalares konstitutives Modell für Murenmaterialien zu entwickeln. Ein Rahmen wird vorgeschlagen, der aus einem statischen Anteil für das Reibungsverhalten und einem dynamischen Anteil für das viskose Verhalten besteht. Bagnolds konstitutive Theorie wird leicht modifiziert und als dynamischer Teil verwendet. Ein konkretes konstitutives Modell wird durch Verwendung eines hypoplastischen Modells als statischer Teil erhalten. In der Simulation von Kreisringscherversuchen wird eine teilweise und vollständige Verflüssigung durch das hypoplastische Modell gut vorhergesagt. Das neue einheitliche Modell wird dann in einem Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) -Code implementiert und durch die Simulation einiger Grenzwertprobleme von granularem Fließen verifiziert. Im Fall eines granularem Fließens entlang einer geneigten Ebene kann ein gleichmäßiges Fließen bei unterschiedlichen Neigungen beobachtet werden, welche mit der theoretischen Untersuchung im Einklang ist. Für einen granularen Stapelkollaps und granulares Fließen in einer rotierenden Trommel zeigen die numerischen Ergebnisse verschiedene Verhaltensweisen. Da einige Aspekte weiter untersucht werden müssen, bleibt die Anwendung des neuen einheitlichen Modells zur numerischen Simulation von Murgängen im natürlichen Gelände eine interessante Herausforderung.

Zusammenfassung (Englisch)

Debris flow is a very common natural hazard that causes a large number of casualties and property loss worldwide. This thesis is focusing on the material property and trying to develop a competent model for numerical simulations of debris flow. In the constitutive modelling, debris materials are normally simplified as a mixture of solid spherical particle and viscous fluid and treated as continuum. A competent constitutive model is required to capture the transition between the solid-like and fluid-like behaviors. In this thesis, we combine the constitutive theories of statics and the dynamic theories to develop a unified and multi-scale constitutive model for debris materials. A framework which consists of a static portion for the frictional behavior and a dynamic portion for the viscous behavior is proposed. Bagnold's constitutive theory is slightly modified and employed as the dynamic portion. A concrete constitutive model is obtained by using a hypoplastic model as the static portion. In the simulations of annular shear tests, partial and full liquefaction are well predicted by the hypoplastic model. The unified model is then implemented in a Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) code and verified by simulating some boundary value problems of granular flows. In the case of granular flow down an inclined plane, steady dense granular flow is observed over a range of inclinations, which is consistent with the theoretical analysis. For the granular pile collapse and the granular flow in the rotating drum, the numerical results show wealth of various behaviors, i.e. quasi-static motion, shear band, flow initiation, fully developed granular flow and granular deposition. Since some aspects, such as hydro-mechanical coupling and particle segregation, need further investigation, applying the unified model to the numerical simulation of debris flow in nature is still an interesting challenge.