Simulations of fracture in concrete elements using continuous and discontinuous models

• Autorzy: Bobiński J. , Tejchman J.

Warianty tytułu

PL

Symulacje zarysowania w elementach betonowych z zastosowaniem podejścia ciągłego i nieciągłego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of numerical simulations of fracture in concrete using two different approaches. First, fracture was modelled in a smeared way by an elasto-plastic and a damage continuum model. In elasto-plasticity, a Rankine criterion was used. The degradation of the stiffness in the damage model was described as a scalar variable of an equivalent strain measure. To ensure mesh-independent results, a non-local theory was used. Second, fracture was simulated as discontinuities with the aid of cohesive elements and Extended Finite Element Method (XFEM). The experimental benchmark test for concrete by Nooru-Mohamed under mixed mode conditions was modelled. The obtained numerical results were compared with the corresponding experimental ones.

PL

W pracy przedstawiono wyniki symulacji numerycznych MES pękania w betonie z wykorzystaniem dwóch różnych podejść. Po pierwsze, zastosowano ciągły (przesmarowany) opis rys w teorii plastyczności oraz model degradacji modułu sprężystości z różnymi opisami odkształcenia zastępczego w ramach kontynualnej mechaniki uszkodzeń. Oba prawa rozszerzono o długość charakterystyczną mikrostruktury w ramach teorii nielokalnej w celu uzyskania wyników niezależnych od siatki MES. Po drugie, jako alternatywę do symulacji propagacji rys zastosowano nieciągły opis pola przemieszczeń, wykorzystując elementy kohezyjne oraz rozszerzoną metodę elementów skończonych XFEM. Przeprowadzono symulacje numeryczne testu Nooru-Mohamada z jednoczesnym rozciąganiem i ścinaniem betonu. Uzyskane wyniki numeryczne porównano z wynikami doświadczalnymi.

Słowa kluczowe

EN

concrete; non-locality; plasticity; damage mechanics; XFEM

PL

beton; nielokalność; plastyczność; kontynualna mechanika uszkodzeń; XFEM

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics and Control
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 30, no. 4
• Strony: 183--193
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Bobiński J.

autor

Tejchman J.

• Politechnika Gdańska

Bibliografia

• [1] Moonen P., Carmeliet J., Sluys L.J. 2008, A continuous-discontinuous approach to simulate fracture processes. Philosophical Magazi ne, 88(28-29), pp. 3281-3298.
• [2] Muhlhaus H.-B. 1986, Scherfugenanalyse bei Granularen Material im Rahmen der Cosserat. Theorie. Ingenieur Archiv, 56, pp. 389-399.
• [3] Pijaudier-Cabot G., Bażant Z.P. 1987, Nonlocal damage theory. Journal of Engineering Mechanics ASCE, 113(10), pp. 1512-1533.
• [4] De Borst R., Muhlhaus H.-B. 1992, Gradient-dependent plasticity: Formulation and algorithmic aspects. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 35(3), pp. 521-539.
• [5] Melenek J.M., Babuska I. 1996, The partition of unity finite element method: basic theory and applications. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 139(1-4), pp. 289-314.
• [6] Belytschko T., Black T. 1999, Elastic crack growth infinite elements with minimal remeshing. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 45(5), pp. 601-620.
• [7] Moes N., Belytschko T. 2002, Extended finite element method for cohesive crack growth. Engineering Fracture Mechanics, 69(7), pp. 813-833.
• [8] Wells G.N., Sluys L.J. 2001, A new method for modelling cohesive cracks using finite elements. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 50(12), pp. 2667-2682.
• [9] Nooru-Mohamed M.B. 1992, Mixed mode fracture of concrete: an experimental research. Ph.D. Thesis, TU Delft.
• [10] Ozbolt J., Reinhardt H.W. 2002, Numerical study of mixed-mode fracture in concrete. International Journal of Fracture, 118 (2), pp. 145-161.
• [11] Pivonka P., Ozbolt J., Lackner R., Mang HA. 2004, Comparative studies of iD-constitutive models for concrete: application to mixed-mode fracture. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 60 (2), pp. 549-570.
• [12] Patzak B., Jirasek M. 2004, Adaptive resolution of localized damage in quasi-brittle materials. Journal of Engineering Mechanics ASCE, 2004 (6), pp. 720-732.
• [13] Desmorat R., Gatuingt F., Regueneau O. 2007, Nonlocal anisotropic damage model and related computational aspects for quasi-brittle materials. Engineering Fracture Mechanics, 74(10), pp. 1539-1560.
• [14] Oliver J., Huespe A.E., Samaniego E., Chaves E.W. 2004, Continuum approach to the numerical simulation of material failure in concrete. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 28 (7-8), pp. 609-632.
• [15] Dumstorff P., Meschke G. 2007, Crack propagation criteria in the framework of X-FEM-based structural analysis. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 31(2), pp. 239-259.
• [16] Schlangen E., Garboczi E.J. 1996, New method for simulating fracture using an elastically uniform random geometry lattice. International Journal of Engineering Science, 34 (10), pp. 1131-1144.
• [17] Kozicki J., Tejchman J. 2008, Modelling of fracture processes in concrete using a novel lattice model. Granular Matter, 10(5), pp. 377-388.
• [18] Tejchman J., Bobiński J. 2011, Continuous and discontinuous modelling of fracture in concrete using FEM. Springer (in print).
• [19] Hordijk D.A. 1991, Local approach to fatigue of concrete. Ph.D. Thesis, TU Delft.
• [20] De Vree J.H.P., Brekelmans W.A.M., van Gils M.A.J. 1995, Comparision of nonlocal approaches in continuum damage mechanics. Computers and Structures, 55 (4), pp. 581-588.
• [21] Jirasek M. 2004, Non-local damage mechanics with application to concrete. Revue a francaise de genie civil, 8 (5-6), pp. 683-707.
• [22] Haussler-Combe U., Prochtel P. 2005, Ein dreiaxiales Stofjgesetz fur Betone mith normaler und hoher Festigkeit. Beton- und Stahlbetonbau, 100(1), pp. 52-62.
• [23] Hsieh S.S., Ting E.C., Chen W.F. 1982, A plasticity-fracture model for concrete. International Journal of Solids and Structures, 18 (3), pp. 181-197.
• [24] Jirasek M. 2008, Advanced course on Modeling of Localized Inelastic Deformation. Lecture Notes, Prague.
• [25] Brinkgreve R. 1994, Geomaterial models and numerical analysis of softening. Ph.D. Thesis, TU Delft.
• [26] Camacho G.T., Ortiz M. 1996, Computational modelling of impact damage in brittle materials. International Journal of Solids and Structures, 33(20-22), pp. 2899-2938.
• [27] Wells G. 2001, Discontinuous modelling of strain localisation and failure. Ph.D. Thesis, TU Delft.
• [28] Bobinski J., Tejchman J. 2010, Continuous and discontinuous modeling of cracks in concrete elements. Computational Modelling of Concrete Structures Euro-C.