مطالعه پارامترهای موثر در شبیه سازی میان مقیاس بتن

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه عمران دانشکده مهندسی و پدافند دانشگاه جامع امام حسین (ع)

2 دانشگاه جامع امام حسین ع - دانشکده مهندسی و پدافند غیرعامل- گروه عمران

چکیده

طراحی و تحلیل سازه های بتنی عمدتاً با فرض اینکه بتن را می توان به عنوان یک ماده ی همگن درنظر گرفت انجام می‌شود. این درحالی است که بتن یک کامپوزیت ناهمگن، متشکل از سنگدانه ها، خمیر سیمان و حفرات هوا است. در بررسی رفتار مکانیکی بتن و تحلیل ترک، فرض همگن بودن ماده منجر به نتایج غیر واقعی می‌شود لذا با توجه به توان کامپیوترهای امروزی و اهمیت دقت نتایج، در این تحقیق از مدل میان‌مقیاس استفاده می‌شود. جهت مدلسازی رفتار غیرخطی بتن در نرم‌افزارهای اجزا محدود از مدل‌های مختلفی نظیر شکست ترد ، ترک پخشی و پلاستیک آسیب دیده بتن استفاده می‌شود. در این پژوهش سعی شده با بررسی پارامترهای ورودی سطح تسلیم مدل پلاستیک آسیب‌دیده بتن در نرم‌افزار آباکوس نتایج خروجی حاصل از مدلسازی را به نتایج واقعی نزدیک‌تر کرد. 41 تحلیل هدف‌دار برای بررسی تاثیر پنج پارامتر ورودی سطح تسلیم مدل پلاستیک آسیب دیده بتن بر روی مدل تیر شکاف دار (Natched Beam) انجام شد که نتایج حساسیت زیاد مدل نسبت به پارامتر ویسکوالاستیک در خروجی نیروها را بیشتر از سایر پارامترها نشان می‌دهد. در این پژوهش بتن شامل دو فاز سنگدانه و ملات در نرم‌افزار اجزامحدود آباکوس مدل شده است. به منظور انجام مدلسازی سنگدانه‌ها در میان‌مقیاس، نمونه‌های تصادفی به صورت کروی و بیضوی در نرم‌افزار متلب تولید شده و با کنترل عدم تداخل سنگدانه‌ها در کنار یکدیگر به صورت تصادفی درون مرزهای قالب چیده ‌شده‌اند. نتایج حاصل از مدلسازی ناهمگن با سنگدانه‌های کروی و بیضوی با مدلسازی همگن بتن مقایسه شده است. همچنن سه نمونه مکعبی بتنی در آزمایشگاه ساخته شده و با نتایج حاصل از مدلسازی دو فازه بتن مقایسه شده است. مقاومت فشاری حداکثر هر دو مدل همگن و ناهمگن برابر بوده اما شیب نمودارها در ناحیه پلاستیک متفاوت است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study on the Simulation parameters in meso scale concrete model

نویسندگان [English]

  • Ali ChamanLaleh 1
  • Freydoon Khosravi 2
  • Mostafa Amini 1
1 Civil Dept, Engineering Faculty, Imam Hosein Uni
2 Imam Hosein University
چکیده [English]

Numerical models are feasible approach against field studies which are capable of estimating of materials behavior appropriately if material properties are considered exactly. Numerical models are categorized in three sets: Micro, meso and Macro scale. In macro scale, the whole concrete is considered as a one phase material and usually the interaction between concrete-steel is just modeled. In Micro Scale Modelling, the cement-aggregate crystals are evaluated. The other preference of meso scale numerical model is the ability of presenting different phases interaction in multi phase materials such as concrete. This feature is useful in high rate dynamic load such as explosion. To perform meso scale modeling, different random specimens with different contents of aggregates must be produced. In different studies, a unique pattern which could generate real aggregation is not used. Aggregates generated in this study are elliptical, and by controlling the lack of interference with each other, aggregates are randomly assigned into the defined template boundaries. Then, in the next step, the specimen is meshed by choosing dimensions of elements in cubic form. Finally, the prototype is transformed into the input text file of the numerical analysis programs. The comparison between produced aggregate curve and real cure shows good agreement.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete
  • Heterogeneous
  • Mesoscale
  • Aggregate and Mortar
  • Abacus
[1] Haffner, S. Eckardt, S. Luther, T. and Koknke, C. (2006), “Mesoscale Modeling of Concrete: Geometry and Numerics”. Computers and Structures, 84, 450–461.
[2] P. Wriggers, S.O. Moftah, Mesoscale models for concrete: Homogenisation and damage behavior, Institute for Mechanics and Computational Mechanics, University of Hannover, Hannover, Germany, Finite Elements in Analysis and Design 42 (2006) 623– 636
 [3] L. C. Wang et al, Meso-Scale Numerical Modeling of the Mechanical Behavior of Reinforced Concrete Members, IACSIT International Journal of Engineering and Technology, Vol. 5, No. 6, December 2013
[4] X.F. Wanga, Z.J. Yang b,a,⇑, J.R. Yates c, A.P. Jivkov a, Ch Zhang ,2015, Monte Carlo simulations of mesoscale fracture modelling of concrete with random aggregates and pores, Construction and Building Materials 75 (2015) 35–45
[5] 3D mesoscale finite element modelling of concrete, Rongxin Zhou, Zhenhuan Song, Yong Lu ,Institute for Infrastructure and Environment, School of Engineering, The University of Edinburgh, Edinburgh EH9 3JL,UK, 2017
[6] Shuguang Li, Qingbin Li , 2015, Method of meshing ITZ structure in 3D meso-level finite element analysis for concrete , Finite Elements in Analysis and Design 93(2015)96–106
[7] W. Wang, J. Wang, and M. S. Kim, “An algebraic condition for the separation of two ellipsoids,” Comput. Aided Geom. Des., vol. 18, no. 6, pp. 531–539, 2001.
[8] F.H. Wittmann, P.E. Roelfstra, H. Sadouki, 1984, Simulation and analysis of composite structures, Mater.Sci. Engng. 68 (2), 239–248.
[9] Yi Xu, Shenghong Chen , A method for modeling the damage behavior of concrete with a three-phase mesostructured , Construction and Building Materials 102 (2016) 26–38
[10] Xiuli Du , Liu Jin , Guowei M ,2014, Numerical simulation of dynamic tensile-failure of concrete at mesoscale, International Journal of Impact Engineering 66 (2014) 5e17
 [11] Pedersen,R.R.,Simone,A.,Sluys,L.J. ,2013, Mesoscopic modeling and simulation of the dynamic tensile behavior of concrete .Cem.Concr.Res.50,74–87.
[12] L. Snozzi , A. Caballero , J.F. Molinari,2011, Influence of the meso-structure in dynamic fracture simulation of concrete under tensile loading, Cement and Concrete Research 41 (2011) 1130–1142
 [13] Wriggers,P.,Moftah,S.O. ,2006 , Meso scale models for concrete: homogenization and damage behavior ,FiniteElem.Anal.Des.42,623–636.
[14] G. Lilliu, J.G.M. van Mier, 2003, 3D lattice type fracture model for concrete, Engineering Fracture Mechanics 70 (2003) 927–941
[15] Xiaofeng Wang ,Mingzhong Zhang ,Andrey P. Jivkov , 2016, Computational technology for analysis of 3D meso-structure effects on damage and failure of concrete, International Journal of Solids and Structures 80 (2016) 310–333
[16] Kmiecik, P. and Kaminski, M.; "Modelling of Reinforced Concrete Structures and Composite Structures with Concrete Strength Degradation Taken into Consideration"; Archives of Civil and Mechanical Engineering XI, No. 3 (2011)
[17] Meso scale finite element modelling of non-homogeneous three-phaseconcrete Siamak Shahbazi, Iraj Rasoolan Department of Civil Engineering ,Shahid Chamran University,Ahvaz,Iran, 2016
[18] Abaqus Analysis Users Manual, Version 6-12-3
[19] Aydin Demir, Hakan Ozturk, Kemal Edip, Marta Stojmanovska, EFFECT OF VISCOSITY PARAMETER ON THE NUMERICAL SIMULATION OF REINFORCED CONCRETE DEEP BEAM BEHAVIOR, Faculty of Engineering, Department of Civil Engineering, Sakarya University, Sakarya, Turkey, July 2018
]20[ امیرحسین کریمی، محمد سعید کریمی، علی خیرالدین، عبدالعظیم امیرشاه کرمی، مدل سازی غیرخطی دیوار مصالح بنایی غیرمسلح تحت بار داخل صفحه و بررسی اثر پارامترهای مختلف در رفتتار آن، دانشگاه سمنان، زمستان 1395
[21] J. F. Unger and S. Eckardt, “Multiscale Modeling of Concrete,” Arch. Comput. Methods Eng., vol. 18, no. 3, pp. 341–393, 2011.
[22] Ravi A.Patel, JanezPerko, ,DiederikJacques,GeertDe Schutter ,GuangYe , KlaasVan Bruegelc Effective diffusivity of cement pastes from virtual microstructures: Role of gel porosity and capillary pore percolation, Construction and Building Materials, Volume 165, 20 March 2018, Pages 833-845