Efekt mezo-struktury betonu na powstawanie i propagację rys - dwuskalowy model numeryczny

Kierownik projektu: Jerzy Bobiński

Realizatorzy:

  • Patryk Chodkowski
  • Maciej Grabski
  • Jakub Schonnagel

Politechnika Gdańska

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska

Gdańsk

Data otwarcia: 2018-03-07

Streszczenie projektu

Celem projektu badawczego jest wyjaśnienie mechanizmu powstawania i propagacji rys w betonie w obszarze statycznym w zależności od jego niejednorodnej mezo-struktury oraz opisanie go przy zastosowaniu nowoczesnego dwuskalowego modelu matematycznego, łączącego proces zarysowania na poziomie kruszywa (poziom mezo) z procesem zarysowania na poziomie struktury (poziom makro). Na poziomie mezo zostaną uwzględnione 4 najważniejsze fazy w betonie: kruszywo, zaprawa cementowa, makro-pory i strefy przejściowe między kruszywem a zaprawą cementową. Fazy te zostaną odtworzone na podstawie zdjęć z mikro-tomografu komputerowego 3D najnowszej generacji. Szczególną rolę w kształtowaniu własności betonu odgrywają strefy przejściowe. Strefy te będące najsłabszą fazą w betonie są obszarami inicjacji i propagacji mikro-rys, które łączą się następnie w makro-rysy poprzez mostkowanie. Wyniki numeryczne zostaną zwalidowane na podstawie doświadczeń laboratoryjnych (zginanie, rozłupywanie, jednoosiowe ściskanie), w których zostanie szczegółowo zbadany mechaniczny wpływ poszczególnych faz betonu na makroskopowe własności mechaniczne betonu (wytrzymałość, kruchość i geometria rys).
W ramach symulacji numerycznych zostanie sformułowane dwuskalowe prawo konstytutywne dla betonu, łączące proces zarysowania na poziomie kruszywa (poziom mezo) z procesem zarysowania na poziomie struktury (poziom makro). W pierwszym etapie zostaną przeanalizowane istniejące sformułowania dwuskalowe pod kątem ich przydatności ze względu na poziom skomplikowania oraz rzetelność przekazywania informacji dotyczącej pękania między poziomami makro i mezo. W drugim etapie zostaną zaproponowane własne propozycje modelu dwuskalowego w wersji zaawansowanej na bazie homogenizacji obliczeniowej, niewymagającej definicji modelu materiału na poziomie makro oraz w wersji uproszczonej na bazie homogenizacji numerycznej, polegającej na wyznaczeniu na poziomie mezo-parametrów dla fenomenologicznego prawa materiałowego na poziomie makro. Do opisu betonu na poziomie makro/mezo zostaną wykorzystane własne prawa konstytutywne dla betonu bazujące na: 1) ciągłym opisie zarysowania (wzbogacone o długość charakterystyczną poprzez zastosowanie teorii nielokalnej typu całkowego), 2) nieciągłym opisie rys w kontinuum (elementy kohezyjne, rozszerzona metoda elementów skończonych XFEM) oraz 3) najnowszym połączonym opisie ciągło-nieciągłym. Obliczenia zostaną wykonane z rzeczywistą geometrią 4 faz betonu na podstawie zdjęć z mikro-tomografu komputerowego 3D. Szczególna uwaga zostanie zwrócona na problem prawidłowej definicji reprezentatywnego elementu objętościowego w betonie. Wyniki numeryczne 2D i 3D z modelem dwuskalowym zostaną zwalidowane na podstawie wyników doświadczeń laboratoryjnych.

Publikacje

  1. I. Marzec, J. Bobiński, J. Tejchman, J. Schonnagel, Finite element analysis on failure of reinforced concrete corner in sewage tank under opening bending moment, Engineering Structures 228, (2021) 111506


← Powrót do spisu projektów

KONTAKT

Nasi konsultanci służą pomocą przyszłym i początkującym użytkownikom specjalistycznego oprogramowania zainstalowanego na Komputerach Dużej Mocy w Centrum Informatycznym TASK.

Kontakt w sprawach Komputerów Dużej Mocy, oprogramowania/licencji, grantów obliczeniowych, sprawozdań:

kdm@task.gda.pl

Administratorzy odpowiadają na maile w dni robocze w godzinach 8:00 – 15:00.