Formulacija konstitutivnog modela za komunalni otpad i implementacija u metodi konačnih elemenata
Formulation of constitutive model for municipal solid waste and implementation in finite element method
Докторанд
Basarić Ikodinović, IrenaМентор
Vukićević, MirjanaЧланови комисије
Rakić, DragoslavJocković, Sanja
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
Ponašanje komunalnog otpada je nelinearno i veoma kompleksno usled izrazite heterogenosti
materijala. Komponente od različitih vrsta materijala, biodegradacija organskih komponenti i veliko
sekundarno sleganje usled mehaničkog puzanja nastalog od prepakivanja komponenti otpada zbog
biodegradacijskih procesa, prouzrokuju poteškoće u matematičkom opisivanju ponašanja
komunalnog otpada. Nelinearni elasto-plastični i viskozni konstitutivni modeli razvijeni za tlo mogu
biti osnova konstitutivnog modela za komunalni otpad, ali se oni moraju modifikovati i prilagoditi
ponašanju komunalnog otpada. Modifikacija se prvenstveno ogleda u uvođenju vremenski
uslovljenih procesa koji se dešavaju u komunalnom otpadu: mehaničko puzanje i biodegradacija.
U okviru ove disertacije formulisan je nelinearni elasto-plastični konstitutivni model za komunalni
otpad – MSW (Municipal Solid Waste) model, baziran na teoriji kritičnog stanja i Modifikovanom
Cam Clay modelu. MSW model u svojoj formulaciji sadrži pri...raštaj vremenski zavisnih
zapreminskih deformacija usled mehaničkog puzanja i biodegradacije otpada.
MSW model je implementiran u program ABAQUS/CAE, baziran na metodi konačnih elemenata,
koristeći korisnički potprogram UMAT i Metodu vodećeg parametra za numeričku integraciju
konstitutivnih relacija modela u kojoj je za vodeći parametar usvojen srednji efektivni napon.
Validacija MSW modela je izvršena kroz poređenje sa publikovanim rezultatima edometarskih
opita i dreniranih i nedreniranih triaksijalnih opita. Validacije su pokazale odlična poklapanja
predviđanja MSW modela sa eksperimentalno dobijenim vrednostima. Mogućnost MSW modela da
adekvatno predvidi ponašanje komunalnog otpada je ispitana kroz analizu konturnog problema
metodom konačnih elemenata, gde je razmatran problem sleganja eksperimentalne deponije.
Mechanical behaviour of municipal solid waste is nonlinear and very complex due to extreme
material heterogeneity. Components of different types of materials, biodegradation of organic
components and large secondary settlement due to mechanical creep caused by repackaging of
waste components due to biodegradation processes, cause difficulties in mathematically describing
the behaviour of municipal solid waste. Nonlinear elastic-plastic and viscous constitutive models
developed for soil can be the basis of a constitutive model for municipal solid waste, but they must
be modified and adapted to the behaviour of municipal solid waste. The modification is primarily
reflected in the introduction of time-dependent processes that occur in municipal solid waste:
mechanical creep and biodegradation.
Within this thesis, a nonlinear elastic-plastic constitutive model for municipal solid waste - MSW
model, based on the critical state theory and the Modified Cam Clay model, was formulated. The
MSW ...model in its formulation contains the increment of time-dependent volumetric deformations
due to mechanical creep and biodegradation of waste.
The MSW model is implemented in the ABAQUS / CAE program, based on the finite element
method, using the user subroutine UMAT and the Governing Parameter Method for the numerical
integration of constitutive relations of the model in which the mean effective stress is adopted for
the governing parameter.
Validation of the MSW model was performed through comparison with published results of
oedometer tests and drained and undrained triaxial tests. Validations showed excellent matches of
the predictions of the MSW model with the experimentally obtained values. The ability of the MSW
model to adequately predict the behaviour of municipal solid waste was tested through the analysis
of the boundary value problem by the finite element method, where the problem of the experimental
landfill settlement was analysed.