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Hallo zusammen,

man stelle sich ein großes Rohr (2000mm Außendurchmesser, 50mm Wandstärke, 20m Länge) vor, welches mit einer großen Ramme und einem Adapter senkrecht in den Boden geschlagen wird. Es entsteht an der Mantelfläche und an der Querschnittsfläche Reibung mit dem Boden.
Hat jemand eine Idee wie sich der Boden bei einer nichtlinearen, transienten Berechnung simulieren läßt?
Mir schwebt da eine Kombination mit Combin37- oder -40-Elemente an jedem Rohrknoten vor, die nach einem Anfangswiderstand (FSLIDE), die Abwärtsbewegung zulassen und irgendwie dämpfen.
So richtig ausgegoren ist das nicht, deshalb frag ich Euch nach Ideen.
Schreibt einfach mal was Euch einfällt!

Danke und Gruss,
Schultzing

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ich habe da ein ganz ähnliches problem, denn ich möchte ein stahlrohr, welches in den meeresboden gerüttelt (bzw. gerammt) wird, modellieren.
nun bin ich mir nicht sicher, wie ich dabei den boden modellieren soll (mit solid45 z.B. ???).

hat da vielleicht jemand 'ne idee? würde mir sehr helfen!

vielen dank schonmal! 

Solari

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woran's haengt sind wohl in erster Linie, vor Recheneffizienzbetrachtungen (COMBINxx vs. SOLIDxx/CONTACxx) mangelnde Verfuegbarkeit Reibdaten, Bodendaten.

Aus frueheren Aktivitaeten weiss ich (nicht-Offshore Bereich) das bspw Bodenproben genommen werden, welche ueber Konsistenz des Bodens an der Probenahmestelle bis zu ggb Probeentnahmetiefe Aufschluss geben:

da finden sich je nach Zone trockene/feuchte Ton-, Kies-, Mutterboden/Humusschichten, Fels/Gestein/Sand/sandhaltige Misch- Schichtungen etc. verschiedener Staerke uebereinander.

Da sag mir einer welchen 'Reibkoeffizienten' nimmt man da (je nach dem in welcher Tiefenposition sich der Mantelabschnitt des einzuhaemmernden Rohres gerade befindet) zumal ja hier keine Coulombreibung zwischen homogenen Materialflaechen stattfindet ( vielleicht in Naeherung fuer Humus/Mutter/Tonerde) - da helfen meines Erachtens nur Erfahrungswerte/abgeleitete Gleichungen aus Messwerten in Fachliteratur Unter/Tage/Tiefbau/Offshore.

Wenn man daraus eine Datenbasis fuer Reib- und ggf Grundsteifigkeiten unter Stirnflaeche extrahieren kann, hat man etwas erreicht, und kann FEM Modellierungsueberlegungen anstellen.

Konkretes FEM Ergebniss muss natuerlich fuer jeden Einzelfall auf Model fussen, welches ein Bodenprobenergebniss an konkreter Rammestelle als Grundlage hat (oder mittels anderer evtl. beruehrungsloser Bodenprobing-Methoden gewonnener entsprechende Info gebende Methodik - ggf satellitenbasierte Info plus andere elektromagnetische, Ultraschall-Werkzeuge der Geologie o.a.)

Sorry, eine einfachere aber verlaessliche/realistische pragmatische Loesung faellt mir nicht ein.

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Gruesse,
Frank Exius

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Hallo Frank,
zunächst einmal besten Dank für die Antwort! 

Du hast natürlich recht, ohne die Kenntnis der tatsächlich vorherrschenden Bodenbeschaffenheit in den einzelnen Schichten ist es kaum möglich, eine aussagekräftige FEM-Analyse anzustellen.

Mein Problem setzt allerdings schon viel früher ein, denn nehmen wir mal an, ich hätte genaue Informationen über den entsprechenden Bodenaufbau, wie würde ich den in Ansys modellieren?

Ich meine, gehen wir mal vom idealisierten Fall einer einzigen homogenen (meinetwegen sandigen) Bodenschicht aus:
Ich habe bereits herausgefunden, dass man über eine Tabelle [TB] die Option "Drucker-Prager" aktivieren muss, dort sind dann die für granulare Medien notwendigen nichtlinearen Materialparameter (Kohäsion, innerer Reibungswinkel, Dilatanzwinkel) enthalten.

Ist das denn alles, was man bei der Modellierung beachten muss?

Und wie wird dann am besten der Kontakt zwischen dem einzurammenden Stahlrohr und dem Meeresboden her? Über ein "Contact-Pair" mit CONTA173 und TARGE170?

Du siehst, meine Schwierigkeiten sind noch eher grundlegender Natur. 

Schöne Grüße nach Sinzig!

Solari

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neben den genannten Werten sind E-Modul, Querkontraktionszahl erstmal die Angaben fuer TB,DP

Ob mit solchen Materialgesetzen die angesprochenen Bodentypen sinnvoll zu analysieren sind.. Fuer Erdreich wie in engen Grenzen bspw Tonerde, vielleicht noch ok. Wenn's Muttererde ist.. je nach Verpressungsgrad. Wenn's Kies ist, wenn's Torf/Humus ist, passt das Materialgesetz nicht, im Grunde nicht dafuer konzipiert..wenn gleich das seine Nutzung fuer solche Stoffe nicht unbedingt ausschliesst. Man bewegt sich jedoch auf relativ unsicherem Grund, wuerde Barnie Geroelheimer sagen ; ) Ist aber eine Materie mit der sich das IFE bisher nicht naeher befasst hat.

Beton ist eine andere Sache. Felsartige Gesteinsformationen auch, wenn man weiss das keine, oder wenn wo, geologischen Trennflaechen in betrachteter Formation liegen.

Anbei ein Link zum Thema, vielleicht von Interesse fuer Original Fragesteller Schultzing wie auch Solari. http://www2.eng.cam.ac.uk/~ans/habibx.html

Wuerde versuchen das explizite Modelieren der umgebenden Erdbereiche (hier durch ein Materialgesetz TB,DP) zu vermeiden. Statt dessen wuerde ich versuchen Model mit geringem Rechenaufwand aus Erfahrungswerten, Experimentalergebniss basiert o.ae. fuer Reibkraefte und Stirnsteifigkeiten, aufzusetzen - soweit sinnvoll.

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Gruesse,
Frank Exius

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Hallo Frank, danke für den Link  , habe ihn gerade mal überflogen, werde ihn mir allerdings nochmal etwas genauer durchlesen müssen...

Ich habe auch noch ein ganz grundlegendes Verständnisproblem bzgl. des Penetrationsvermögens eines modellierten Körpers in ANSYS:

Ist es überhaupt möglich, ein Modell aus einem Gegenstand (z.B. Stahlrohr), welcher in ein granulares Medium (z.B. Sand) eindringt, zu erstellen? Dabei handelt es sich ja nicht um ein übliches Kontaktproblem, bei dem beispielsweise ein Gummiball auf eine "harte" Unterlage gedrückt wird, oder ein Hammer einen Stahlkörper deformiert...

Vielmehr ist es ja im vorliegenden Fall so, dass das Stahlrohr in den Sand eindringen soll, so dass der Sand zum einen verdichtet wird, zum anderen aber auch Verdrängungsprozesse auftreten! Die geschlossene Oberfläche des Bodenmodells (das geschlossene Elementnetz bevor das Stahlrohr eingedrungen ist) müsste ja "aufreißen", sobald das Stahlrohr in den Sand gerammt wird.

Kann man ein granulares Medium wie Sand in dieser Form überhaupt mit ANSYS modellieren? Oder muss man den Boden letztendlich wieder als irgendwie kompakten Körper modellieren und beim Kontakt mit dem Stahlrohr auf ein Feder-Dämpfer-System als Ersatzmodell zurückgreifen?

Ich finde da leider keinerlei weiterführende Hinweise im Internet. Ich kann mir allerdings auch nicht vorstellen, dass ich der erste Mensch bin, der jemals versucht hat, Sand in ANSYS zu modellieren...   

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den Verdraengungsvorgang Sand/Festkoerper kann man mit FEM, FVM, FDM, BEM o.a. wohl nicht direkt darstellen. Explosionsvorgaenge mit 'diskrete Partikel Formulierungen' schon, wobei hier prinzipiell vorher homogene Gebilde in diskrete Teile aufsplittern, bspw Glas bei Objektdurchschlag durch ein Projektil und aehnliches.

Auch deswegen, vormaliger Vorschlag Richtung 1D mit Erfahrungs/Anhaltswerten Boden-Steifigkeit, Kontaktreibwerte.

Zu Sand und ANSYS folgende Links - bitte selber sieben  

http://www.google.de/search?as_q=sand+ansys&num=10&hl=de&btnG=Google-Suche&as_epq=&as_oq=&as_eq=&lr=lang_de&as_ft=i&as_filetype=&as_qdr=all&as_occt=any&as_dt=i&as_sitesearch=

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Frank Exius

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Hi Frank,
mir scheint es mitlerweile auch so zu sein, dass man mit der FEM (z.B. ANSYS) nicht so ohne weiteres ein wirklichkeitsnahes Modell eines granularen Mediums wie Sand erstellen kann, zumindest nicht, wenn man eben auch Penetrations- und Verdrängungsprozesse (Stahlrohr wird in Sandboden gerammt) untersuchen möchte.

Die noch etwas neue Methode der "Diskreten Elemente" (DEM) ist da wohl die geeignetere. Ein entsprechendes DEM-Program wäre z.B. "PFC", doch das ist eben auch kommerziell und wohl nicht in jedem Ingenieurbüro oder Uni-Institut vorhanden. 

auf folgender Seite kann man näheres zur DEM erfahren: http://www.geologie.uni-freiburg.de/root/people/seyferth/mitarb/Gustl/aktuell.htm

Da ich dieses Programm also auch nicht zur Verfügung habe, werde ich mir eine Lösung mit ANSYS einfallen lassen müssen... 

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Kugelapproximation (wenn auch ingenieurmaessig gut) im angegebenen Link wird naturgemaess eigene Tuecken mit sich bringen - Sand und alle anderen nichtkugelformigen koernigen Medien muessen dabei wohl an einem gewissen Punkt wieder ueber Parameter(a'la TB,DP), nach statistischen Methoden an Kugelidealisierung angepasst werden.

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