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Untersuchung großer Verformungen in der Vertushka

Diese Arbeit befasst sich mit der experimentellen und numerischen Untersuchung großer Verformungen von Sand im Versuchsgerät Vertushka. Eine zylindrische Sandprobe wird in der Vertushka zyklisch belastet und modelliert laut Revuzhenko A.F. die Gezeitendeformation der Erde. Analysen mit Particle Image Velocimetry (PIV) zeigen, dass die Trajektorien der Sandpartikel durch Epizyklen gekennzeichnet sind, die in Drehrichtung des Geräts wandern und ein spiralförmiges Muster formen. Dilatantes Verhalten der Sandprobe wird vom Anfang des Versuchs an beobachtet. Dieses entwickelt sich weiter, bis sich die Probe nach einigen Belastungszyklen stationär verhält. Eine konvektive Bewegung wird festgestellt, bei der die Sandpartikel am Rand zum Boden des Sandbehälters sinken und in der Mitte der Sandprobe an die Oberfläche kommen. Die Randverformung der Sandprobe wird mathematisch beschrieben und als Randbedingung für die numerische Simulation gesetzt. Der netzfreie Programmcode SPARC (Soft PARticle Code) wird erweitert, um die großen Verschiebungen der Sandprobe zu simulieren. Zu diesem Zweck werden die bislang verwendeten polynomischen Basisfunktionen durch radiale Basisfunktionen ersetzt. Barodesie, eine Weiterentwicklung der Hypoplastizität von Kolymbas, wird als Materialmodell herangezogen. Barodesie bildet die Eigenschaften der Sandprobe gut ab, insbesondere das allmähliche „Vergessen“ des Ausgangszustandes.