Modellierung der Pfahlrammung mit der Discrete Element Method

Bei der Pfahlinstallation wird der Eindringwiderstand aus dem Bruch– und Verformungsverhalten des umgebenden Bodens sowie der Kraftübertragung an der Grenzschicht von Pfahl zu Boden bestimmt. In der Grenzschicht zwischen Pfahl und Boden sind die Effekte von großen Verformungen, Scherbandbildung, Kornrotationen und Strukturänderungen besonders stark ausgeprägt, so dass in diesem Bereich eine Kontinuumsmodellierung an ihre Grenzen stößt, während hier die Stärken der Discrete Element Method (DEM) zum Tragen kommen. In der DEM werden Böden als Granulat betrachtet, das aus einem System einzelner Partikel besteht, die über Kontaktkräfte miteinander in Wechselwirkung stehen und sich gegeneinander verschieben können. In dem hier verwendeten zweidimensionalen Modell werden die Partikel als konvexe, unregelmäßige Polygone modelliert. Die DEM ist in der Lage, durch die Anwendung einfacher mechanischer Gesetze auf der Ebene der Kornkontakte das komplexe Bodenverhalten zu erfassen. Als Kontaktgesetz wird die Formulierung nach Tillemans und Herrmann [1] verwendet. Die Bewegungsgleichungen werden mit Hilfe des in der DEM üblichen Predictor–Corrector–Verfahrens fünfter Ordnung nach Gear ausgewertet, das für die Berechnung von kurz–reichweitigen Kräften mit steilen Gradienten besonders geeignet ist. Untersucht wird die Bodenmechanik im Nahfeld der Pfahlinstallation, das Fernfeld wird nicht modelliert. Es wird eine Randbedingung vorgestellt, die das Verhalten der Fernfelds adäquat wiedergibt. (© 2008 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)