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Bibliographic Metadata

Title
Development of Soft Particle Code (SPARC) / Chien-Hsun Chen
AuthorChen, Chien-Hsun
CensorPastor, Manuel
Thesis advisorKolymbas, Dimitrios
Published2014
DescriptionXVII, 185 S. : zahlr. Ill. u. graph. Darst., Kt.
Institutional NoteInnsbruck, Univ., Diss., 2014
Annotation
Zsfassung in dt. u. engl.
Date of SubmissionSeptember 2014
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceOeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)numerische Simulationsmethode / SPARC / Soft Particle Code / Barodesie / Zig-Zag Modellversuche / particle image velocimetry
Keywords (EN)numerical simulation / SPARC / Soft Particle Code / sand eddies / barodesy / zig-zag model tests / particle image velocimetry
Keywords (GND)Geotechnik / Numerisches Verfahren / Simulation / Particle-Image-Velocimetry
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-1320 Persistent Identifier (URN)
Restriction-Information
 The work is publicly available
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Development of Soft Particle Code (SPARC) [9.36 mb]
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Classification
Abstract (German)

Das Ziel dieser Arbeit ist, eine numerische Simulationsmethode, den Soft PARticle Code (SPARC), zu entwickeln. Der Begriff 'soft' hebt hervor, dass keine bestimmten Grenzen zwischen den Partikeln definiert sind und dass jedes Partikel durch die angrenzenden Partikel beeinflusst wird. Die unbekannten im Programm SPARC sind die Geschwindigkeiten der Partikel. Polynom-Interpolationen werden verwendet, um die räumlichen Ableitungen (z.B. des Stretchingtensors und der Divergenz des Cauchy'schen Spannungentensors) unter Miteinbeziehung der Information der angrenzenden Partikeln, zu bilden. Die Barodesie, ein Materialmodell für granulare Stoffe in Ratenformulierung, wird zur Beschreibung der Spannungs-Verzerrungsbeziehung verwendet. Das nichtlineare Gleichungssystem, bestehend aus den Gleichgewichtsbedingungen, wird in SPARC iterativ gelöst und kann parallelisiert werden. Durch die Simulationen von Laborversuchen (Ödometerversuche, Biaxialversuche, Triaxialversuche und Modellversuche) werden die Anwendungen und die Einschränkungen der aktuellen SPARC Version gezeigt. Zusätzlich zu den Simulationen von Standard Laborversuchen wurden Modellversuche mit Feinsand durchgeführt: Eine zyklische Kippbewegung einer Stützwand erzeugt eine bestimmte Bewegung in der Hinterfüllung (Sand). Die Sandpartikel bewegen sich entlang geschlossener Trajektorien. Die Bewegung wurde optisch aufgezeichnet und mit der 'Particle Image Velocimetry' augewertet.

Abstract (English)

This work aims at developing a numerical simulation method, Soft PARticle Code (SPARC). The term 'soft' emphasizes that no boundaries between particles are defined and every particle possesses a support consisting of a set of adjacent particles. The unknowns in SPARC are velocities of particles. The polynomial interpolation/approximation method is utilized for the evaluation of spatial derivatives (such as stretching tensors and the divergence of Cauchy stress tensors) using the information carried by particles in supports. A novel nonlinear constitutive model, Barodesy, is adopted to describe the stress-strain relationship (of rate type) of granular materials. The system of equations consisting of spatial derivatives is solved using an iterative nonlinear solver and the computation of the Jacobian matrix is parallelized. The simulations of laboratory oedometer tests, biaxial tests, triaxial tests, and laboratory (zig-zag) model tests have been carried out to show the applications and limitations of the current version of SPARC. In addition to the simulations, laboratory (zig-zag) model tests using fine sand were carried out, in which the cyclic tilt of a retaining wall induces a peculiar motion in the backfill (sand), with closed trajectories (eddies). The motion of the backfill was optically traced and analyzed by means of particle image velocimetry.