Kiviseinien mikromekaaninen mallinnus on mallinnusmenetelmä, jossa muurausta pidetään heterogeenisena ( heterogeenisenä järjestelmänä ), joka koostuu muurauselementeistä ( tiilet , luonnon- tai tekokivet, betoniharkot jne.), laastista ja niiden välisistä kosketuspinnoista ( rajapinnat ).
Kiviseinien laskenta mikromekaanisella mallinnuksella suoritetaan elementtimenetelmällä (FEM) tietotekniikkaa hyödyntäen. Heterogeenisen järjestelmän komponentteja pidetään isotrooppisten elementtien (FE) joukona, jonka ominaisuudet määritetään erikseen muurauselementeille, laastisaumoille ja niiden välisille rajapinnoille.
Mikromekaanista mallintamista käytetään muurauksessa, jossa on säännöllinen, toistuva rakenne. Tällaisessa muurauksessa erotetaan identtisiä, toistuvasti toistuvia tilavuuksia, joita muurausta kutsutaan pääsoluksi.
Heterogeenisen järjestelmän komponentteja yksinkertaistetussa mikromekaanisessa mallintamisessa ovat muurauselementit ja muurauselementtien rajapinnat ja laastisaumakohdat. Muurauselementtien mitat otetaan huomioon niiden viereisten laastisaumojen paksuus ja itse laastisaumat korvataan äärellisillä elementeillä, joiden paksuus on nolla. Muurauksen teippiligoinnissa jokainen muurauselementti mallinnetaan pääsääntöisesti kahdella identtisellä äärellisellä elementillä. Yksinkertaistettua mikromekaanista mallinnusta kutsutaan myös mesomekaaniseksi mallinnus.
AW Page näyttää olleen mesomekaanisen muurauksen mallinnuksen edelläkävijä. [1] Mesomekaanisen mallinnuksen muunnelmia ehdotetaan julkaisuissa [2] [3] [4] [5] [6] [7] ja muissa.
Yksityiskohtaisella mikromekaanisella mallinnuksella jokainen muurauselementti korvataan laskennassa pienten äärellisten elementtien joukolla, joiden mitat ovat vähintään kaksi kertaa pienempiä kuin laastisaumojen paksuus. Laastisaumat on myös jaettu samankokoisiin FE:ihin. Lisäksi nollapaksuisia FE:itä käytetään muurauselementtien ja laastisaumojen rajapinnoissa. Yksityiskohtainen mikromekaaninen mallinnus tehdään yksinkertaisimmin tapauksissa, joissa kaikilla pääkennoilla on sama jännitystila (esim. normaalissa aksiaalisessa puristuksessa ja yhdensuuntaisesti muurauspedin kanssa, puhdas leikkaus). Tätä koteloa käytetään muurauksen homogenisointiin makromallinnuksessa [8] . Tapauksissa, joissa muurauksella on epätasainen jännitystila ja jännitysten uudelleenjakautuminen on mahdollista rakenteiden epälineaarisen muodonmuutoksen vuoksi, yksityiskohtainen mikromekaaninen mallinnus liittyy laskennan toistumiseen toistuvasti levyn jokaisen äärellisen elementin osalta. Tämä seikka lisää merkittävästi laskennan monimutkaisuutta ja tekee mikrosimulaatiosta mahdotonta hyväksyä todellisten kivirakenteiden laskennassa.
Mallinnettaessa muurausta litteillä FE:illä muurauselementeille käytetään useimmiten erilaisia "klassisten" lujuusteorioiden yhdistelmiä (esimerkiksi Misesin teoria biaksiaaliselle puristusalueelle ja Mohr-Coulombin teoria alueille, joissa toinen tai molemmat pääjännitykset ovat venyviä). Käytettäessä spatiaalista FE:tä käytetään Drucker-Prager-lujuuskriteeriä.
Laastisaumojen lujuuskriteerit yksityiskohtaisessa mikromekaanisessa mallintamisessa ovat samanlaiset kuin muurauselementtien kriteerit, mutta numeerisilla parametreillä, jotka vastaavat saumojen laastin lujuusominaisuuksia. muurauselementtien ja laastisaumojen rajapintojen lujuuskriteereissä.
Muurauselementtien ja laastisaumojen rajapinnassa käytetään yleensä modifioitua Mohr-Coulombin lujuusehtoa "kansimallin" muodossa (rajoituksia veto- ja puristusnormaalien jännitysten alalla).