Finite-element analysis of cracking in concrete using gradient damage-plasticity
Wariant tytułu
Numeryczna analiza zarysowania betonu przy użyciu gradientowego modelu sprzężonej mechaniki uszkodzeń i plastyczności
Autor
Wosatko, Adam
Promotor
dr Jerzy Pamin, prof. PK
Data wydania
2008
Wydawca
[s.n.]
Język
angielski
Abstrakt
The thesis concerns the numerical analysis of the behaviour of plain and reinforced concrete during static and dynamic loading processes. The application of a proper numerical model is the fundamental issue in the simulation of cracking. The gradient damage theory coupled to plasticity ensures mesh-objective results. The model presented previously in the paper by de Borst et al (1999) is further developed in this dissertation. The 3D formulation, dynamics without damping effects and the implementation of effective finite elements are dealt with. The scalar damage theory is considered and the strain equivalence is postulated. Another approach is to split the damage constitutive relation into volumetric and deviatoric parts to obtain isotropic damage with two parameters. The averaging equation is enclosed in the system of equations. Additionally the stabilization of underintegrated equations is derived for four-noded quadrilateral element in order to obtain an efficient hourglass control. The following tests and applications are performed : a bar with an imperfection, the dynamic direct tension test, the cantilever beam under load reversals, the Brazilian split test, the beam under four-point bending, the 3D simulation of the dowel bar action and the punching shear in the RC slab-column connection. At the end conclusions and research perspectives are mentioned.
Praca zawiera numeryczną analizę zachowania betonu i żelbetu pod wpływem obciążenia statycznego i dynamicznego. Zastosowanie prawidłowego modelu numerycznego jest kluczowe w symulacjach zarysowania. Uzyskanie wyników niezależnych od siatki zapewnia teoria gradientowej mechaniki uszkodzeń sprzężonej z teorią plastyczności. W pracy jest rozwijany model zaprezentowany przez de Borsta i współpr. (1999). Rozwinięcie dotyczy zagadnień 3D, dynamiki bez efektu tłumienia oraz implementacji efektywnych elementów skończonych. Przyjmuje się skalarny parametr uszkodzenia i postulat równoważności odkształceń. Innym podejściem jest rozdzielenie związków konstytutywnych na część aksjatorową i dewiatorową, aby otrzymać model izotropowy z dwoma parametrami uszkodzenia. W układzie równań zawarte jest równanie uśredniające. Dodatkowo dla czterowęzłowego elementu ze zredukowanym całkowaniem można wprowadzić kontrolę pasożytniczych form deformacji. Wykonano następujące testy i aplikacje: pręt z imperfekcją, dynamiczny test rozciągania, wspornik pod obciążeniem znakozmiennym, brazylijski test rozłupywania, belka czteropunktowo zginana, kołkowe działanie zbrojenia w próbce oraz analiza przebicia w połączeniu płyta-słup. Na końcu zawarte są wnioski i perspektywy dalszych badań.
