FEM-DEM simulation of Brazilian Tensile Strength (BTS) laboratory tests

Abstract

A Brazilian Tensile Strength (BTS) laboratory test for meta-andesite was modeled using a Finite/Discrete Element Method (FDEM or FEM-DEM). These hybrid methodologies allow modeling the transition from continuous to discontinuous that happens on mechanical tests of rock samples. This article presents the calibration and the simulation of BTS tests using some parameters previously calibrated on UCS modeling of the same material. Irazu, a two-dimensional software developed by Geomechanica, was used to simulate the tests based on the tensile strength and the fracture pattern. The model shows that, in BTS test simulation, the mode II (shear) happens mainly on the rock-platen contact. The mode I (traction) rules the fractures on the BTS test as observed in laboratory tests. The model represents, with great fidelity, the results obtained in the physical test.

Utilização do Desvio Padrão Médio das Tensões e Deformações na Calibração de modelos de Compressão Uniaxial FEM-DEM 2D

“…Em seu trabalho, Oliveira et. al (2020) utilza o software Irazu da Geomechanica para realizar a simulação bidimensional do ensaio de compressão uniaxial.…”

“…A resposta de cada elemento de quebra na tração depende do tipo de fratura (Modo I -Tração), a taxa de liberação da energia de fratura GIc e da resistência a tração. Já no cisalhamento esta resposta XX Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica IX Simpósio Brasileiro de Mecânica das Rochas IX Simpósio Brasileiro de Engenheiros Geotécnicos Jovens VI Conferência Sul Americana de Engenheiros Geotécnicos Jovens XI Congresso Luso Brasileiro de Geotecnia 23 a 26 de Agosto de 2022 -Campinas -SP depende o tipo de fratura (Modo II -Cisalhamento), a energia de fratura GIIc e da resistência ao cisalhamento (Oliveira, 2020).…”

“…A proposição segue os passos: (a) definição do domínio; (b) definição do tamanho dos elementos e discretização; (c) determinação da velocidade dos pratos de aplicação de força; (d) seleção do viscous damping, (e) seleção das penalidades de contato; e, (f) definição das energias de fraturas. Oliveira et al (2020) utilizaram estes passos para calibrar uma rocha de metaandesito. O software Irazu não dispõe de uma ferramenta robusta para pós processamento das simulações.…”

“…O presente trabalho reproduziu a modelagem numérica FDEM de uma campanha de ensaios de compressão uniaxial. Oliveira et al (2020) basearam-se no desvio padrão médio das tensões obtido pela seleção de aproximadamente 3000 elementos do terço médio das amostras para a calibração do modelo. Para avançar nos estudos, o presente trabalho propõe a avaliação da seleção dos números de elementos e o desvio padrão médio das tensões e deformações para estimar a resistência àcompressão uniaxial dos modelos bidimensionais FDEM.…”

“…Simulações numéricas dos ensaios de caracterização mecânica de rochas foram realizadas nos trabalhos de Oliveira et al(2021), Oliveira et al (2020), Fukuda et al (2019, Mardalizad et al (2018), Mahabadi et al (2014), Kazerani et al (2012), Kazerani e Zhao (2010), Stefanizzi et al (2009) entre outros. JING (2003 discute os métodos numéricos mais comuns aplicados nas simulações de tensão-deformação em mecânica das rochas.…”