Finite element analysis of crack initiation in a block model experiment

Summary

Finite Element Analysis of Crack Initiation in a Block Model Experiment

A Sand-plaster plate with two perpendicular joint sets loaded biaxially was studied by Rosenblad. A finite element simulation was achieved using two levels of iteration. Iteration with varying joint properties produced a convergent stress state (a “solution”) everywhere respecting the non-linear joint deformability and strength laws. But since this “solution” depends upon the biaxial loading of the model, the external load to initiate cracking of any block is itself the object of iterations. Close agreement was achieved between the physical and numerical models in many details.

Zusammenfassung

Finite Elemente Analysis der Riβeinleitung in einem Block-Modellversuch

Eine biaxial belastete Sand-Gips-Platte mit zwei vertikalen Kluftscharen wurde von Rosenblad untersucht. Durch die Anwendung von zwei Iterationsstufen wurde eine Simulation des Problems mit der Methode der finiten Elemente erreicht. Iterationen mit variierten Klufteigenschaften konvergierten und führten zu Spannungszuständen, welche den Gesetzen der nicht-linearen Kluftdeformation und den Festigheitsgesetzen entsprachen. Da diese Lösung von der biaxialen Belastung des Modells abhängt, ist die äußere Belastung, welche zur Rißeinleitung jedes Blocks führt, daher selbst Gegenstand von Iterationen. Man fand gute Übereinstimmung zwischen dem physikalischen und numerischen Modell, auch im Detail.

Résumé

Etude par éléments finis du début de la fracturation, dans un assemblage de blocs en contrainte biaxiale

Une plaque d'un mélange sable—plâtre, avec deux systèmes de discontinuités orthogonales, a été etudiée en contrainte biaxiale par Rosenblad. On a etudié le problème avec un modèle d'éléments finis qui itère à deux niveaux. Une série d'itérations sur les propriétés des discontinuités produit une solution, en termes de contraintes, qui respecte les lois non-linéaires de déformabilité et de résistance. Cependant, cette solution dépend du chargement du modèle; donc, la charge nécessaire au commencement de la fracturation fait elle-même l'objet d'itérations. On a obtenu un très bon accord entre les résultats des modèles plysiques et ceux du calcul par éléments finis.