Computational Modeling of Large Deformation of Saturated Soils Using An ALE Finite Element Method

Abstract

水で飽和された土の動的大変形問題を解析するために、不定形ラグランジェ・オイラー(ALE)有限要素法を展開した。流弾塑性構成式を用い、増分形式で支配方程式を表現した上で、連成形式のALE法の定式化を行なった。Updated Lagrangian 法で展開されている既存の解析プログラムにALE法をoperator-split形式で導入した。この方法はラグランジェとオイラーステップの2段階からなっている。前者は普通のupdated Lagrangian 法により解析を行い、後者でメッシュの切り替えとデータの変換を行なって、大変形形解析を行うものである。提案する手法の有効性を提体の動的大変形シミュレーションにより検証した。

An arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) finite element method is developed for large deformation problems of saturated soils. A fluidal-elasto-plastic constitutive equation is employed for the soils. Using an incremental approach, coupled ALE finite element formulations are derived. To an existing program source code written by updated Lagrangian scheme, the ALE formulation is implemented by using an operator-split technique. This operator-split algorithm is composed of a Lagrangian step and an Eulerian step. The Lagrangian step is a pure updated Lagrangian calculation. The Eulerian step is performed using mesh smoothing and data transferring schemes. The proposed method is illustrated by numerical simulation of responses of an embankment subjected an earthquake motion.