Mô hình tiếp xúc ''flat-joint'' dùng cho mô phỏng đá cứng trong PFC

Mô hình flat-joint là mô hình tiếp xúc, mới được đề cập gần đây trong phương pháp phần tử rời rạc sử dụng các hạt cứng để mô phỏng vật liệu địa kỹ thuật. Flat joint nghe có vẻ như nó sẽ dùng để mô phỏng khe nứt, nhưng thực tế không phải vậy. Bài này giới thiệu vắn tắt về flat-joint  và việc sử dụng mô hình này cho công tác mô phỏng.
Khi dùng phương pháp dòng hạt để mô phỏng ứng xử của vật liệu đá, vd dùng PFC, thông thường người ta hạt có liên kết (bond), người ta dùng liên kết kép (parallel bond) tại phần tiếp xúc giữa các hạt để liên kết tập hợp các phần tử hạt lại với nhau tạo thành vật liệu đá. Các thông số micro của parallel bond này sẽ là những thông số chính dùng để điều chỉnh ứng xử mô hình. Việc này mô phỏng này sẽ không vấn đề gì nếu chúng ta chỉ sử dụng để mô phỏng ứng xử cơ học đơn lẻ, ví dụ như chỉ mô phỏng thuộc tính nén, hoặc chỉ mô phỏng thuộc tính kéo... thì parallel bond có thể thỏa mãn mục đích. Tuy nhiên, khi làm đồng thời cả mô phỏng nén và mô phỏng kéo, thì sẽ chỉ thỏa mãn một trong 2 thuộc tính. Cụ thể là nếu  mô phỏng được ứng xử nén thì cường độ kháng kéo thu được qua mô phỏng sẽ quá cao. Đây là một hạn chế của mô hình hạt có liên kết. Nguyên nhân được cho là do bởi các hạt xoay?!

Để giải quyết hạn chế này, mô hình flat-joint được đưa ra, tạo ra một bề mặt tiếp xúc ảo giữa các hạt. Nghĩa là giữa các hạt không tiếp xúc với nhau tại 1 điểm nữa, mà là một bề mặt dạng đĩa. Bề mặt này giúp cho sau sau khi liên kết bị phá vỡ, sẽ ngăn cản chuyển động xoay của hạt. Mô hình flat-joint sẽ thay thế mô hình hạt có liên kết.
Có thể dịch và hiểu flat-joint là liên kết tiếp xúc mặt phẳng.
Có thể hình dung mô hình flat-joint làm việc như trong hình 1. Khi dùng flat-joint, sau khi liên kết bị phá vỡ, các hạt vẫn duy trì hình dạng đa giác.


Hinh 1 Mô hình vật liệu dùng flat-joint


Các thông số mô hình flat-joint gồm có
- bán kính mặt tiếp xúc - được tính theo bán kính nhỏ hơn giữa 2 hạt có liên kết nhân với hệ số nhân
- độ cứng pháp
- độ cứng tiếp
- hệ số ma sát
- độ bền kháng kéo của liên kết
- lực dính của liên kế
- ma sát của liên kết