Mesoscopic modelling of strain localization in concrete

• Autorzy: Skarżyński Ł. , Tejchman J.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie mezoskopowe lokalizacji odkształceń w betonie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with strain localization in concrete subjected to uniaxial tension. The material was described at the meso-scale as a random heterogeneous three-phase one. All three phases were modelled with an isotropic scalar damage constitutive model. To ensure the mesh-independent numerical results, to preserve the well-posedness of the boundary value problem, and to describe properly strain localization in concrete, the model was enhanced by a characteristic length of micro-structure by means of the non-local theory. The effect of a specimen size, random distribution of aggregate, aggregate density, characteristic length and non-locality range on both strain localization and stress-strain curves was numerically investigated. The existence of a representative volume element (RVE) was discussed.

PL

Artykuł omawia lokalizacje odkształceń w betonie podczas jednoosiowego rozciągania. Materiał został opisany na poziomie skali mezo jako losowy niejednorodny materiał trójfazowy. Wszystkie fazy były modelowane przy zastosowaniu izotropowego modelu zniszczeniowego z degradacją sztywności. W celu zapewnienia niezależności wyników numerycznych od siatki, poprawnego postawienia problemu brzegowego i właściwego opisu lokalizacji odkształceń w betonie, model został rozszerzony o długość charakterystyczną mikrostruktury za pomocą teorii nielokalnej. Wykonano analizę wpływu wielkości próbki, losowego rozkładu kruszywa, zagęszczenia kruszywa, długości charakterystycznej oraz zakresu nielokalności na lokalizację odkształceń oraz krzywą naprężenia w funkcji odkształcenia. Przedyskutowano istnienie wielkości reprezentatywnej objętości materiału (RVE).

Słowa kluczowe

EN

mesoscoping modelling; localization; strain; concrete; damage mechanics; characteristic length; representative volume element; RVE

PL

modelowanie mezoskopowe; lokalizacja; odkształcenie; beton; mechanika zniszczenia; długość charakterystyczna; wielkość reprezentatywna objętości materiału

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 55, nr 4
• Strony: 503--526
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., il.

Twórcy

autor

Skarżyński Ł.

autor

Tejchman J.

• University of Technology, Faculty of Civil and Environmental Engineering, Gdańsk, Poland,

Bibliografia

• 1. I. M. GITMAN, H. ASKES, L. J. SLUYS, Coupled-volume multi-scale modelling of quasi-brittle material, European Journal of Mechanics A/Solids, 27, 302-327, 2008.
• 2. R. HILL, Elastic properties of reinforced solids: some theoretical principles, Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 11, 357-372, 1963.
• 3. P. EVESQUE, Fluctuations, correlations and representative elementary volume in granular materials, Powders and Grains, 11, 6-17, 2000.
• 4. J. G. M. VAN MIER, Microstructural effects on fracture scaling in concrete, rock and ice, In IUTAM Symposium on Scaling Laws in Iec Mechanics and Ice Dynamics, 2000.
• 5. Z. P. BAŽANT, G. PIJAUDER-CABOT, Measurement of characteristic length of non-local continuum, Journal of Engineering Mechanics, 115(4): 755-767, 1989.
• 6. Z. P. BAŽANT, D. NOVAK, Stochastic models for deformation and failure of quasibritte structures: recent advances and new directions, Computational Modelling of Concrete Structures (N. Bicanić, R. de Borst, H. Mang and G. Meschke, edilors), 583-598, 2003.
• 7. I. M. GITMAN, Representative Volumes and multi - scale modelling of quasi - brittle materials, PhD Thesis, Delft University of Technology, 2006.
• 8. L. M. KATCHANOV, Introduction to continuum damage mechanics, Dordrcht: Msrtimus Nijhoff, 1986.
• 9. J. C. SIMO, J. W. Ju, Strain- and stress-based continuum damage models – I. Formulation, International Journal of Solids Structures, 23, 7, 821-840, 1987.
• 10. R. H. J. PEERLINGS, R. DE BORST, W. A. M. BREKELMANS, M. G. D. GEERS, Gradient enhanced damage modeling of concrete fracture. Mech. Cohesion. - Friction. Materials, 3, 323-342, 1998.
• 11. A. SIMONE, L. SLUYS, The use of displacement discontinuities in a rate - dependent medium, Computational Methods in Applied Mechanics Engineering, 193, 3015-3033, 2004.
• 12. Z. P. BAŽANT, M. JIRASEK, Non-local integral formulations of plasticity and damage: survey of progress, Journal of Engineering Mechanics, 128, 11, 1119-1149,2002.
• 13. J. BOBIŃSKI, J. TEJCHMAN, Numerical simulations of localization of deformation in quasi-brittle materials with non-local softening plasticity, Computers and Concrete, 4, 433-455, 2004.
• 14. G. PIJAUDER-CABOT, Z. P. BAŽANT, Non-local damage theory, ASCE Journal of Engineering Mechanics, 113, 1512-1533, 1987.
• 15. C. LE BELLĚGO, J. F. DUBE, G. PIJAUDER-CABOT, B. GERARD, Calibration of non-local damage model from size effect tests, Engineering Journal of Mechanics A/Solids, 22, 33-46, 2003.
• 16. I. FERRARA, M. DI PRISCO, Mode I fracture behaviour in concrete: non-local damage modeling, ASCE Journal of Engineering Mechanics, 127, 7, 678-692, 2001.
• 17. KARLSSON AND SORENSEN, Inc. Hibbit, Abaqus, Theory Manual, Version 6.4, 2001.
• 18. L. SKARŻYŃSKT, E. SYROKA, J. TEJCHMAN, Measurements and calculations of the width of the fracture process zones on the surface of notched concrete beams, Strains, 2009, doi: 10,1111/j. 1475-1305.2008.00605.x.
• 19. T. J. R. HUGHES, J. WINGET, Finite rotation effects in numerical integration of rate constitutive equations arising in large displacement analysis, International Journal for Numerical Methods in Engineering, 15, 1862-1867, 1980.
• 20. Ł. WIDULIŃSKI, J. BOBIŃSKI, J. TEJCHMAN, FE-analysis of spacing of localized zones in reinforced concrete bars under tension using elasto-plasticity with non-local softening, Archives of Civil Engineering, 2, 257-281, 2009.
• 21. S. ECKARDT, C. KONKE, Simulation of damage in concrete structures using multi-scale models, Computational Modelling of Concrete Structures, EURO-C (N. Bicanić, R. de Borst, H. Mang and G. Meschke, editors), Taylor and Francis, 77-89, 2006.
• 22. J. G. M. VAN MIER, E. SCHLANGEN, A. VERVUURT, Latice type fracture models for concrete, Continuum Models for Material and Microstructure (H.-B. Mühlhaus, ed.), John Wiley & Sons, 341-377, 1995.
• 23. O. VAN DER SLUIS, Homogenisation of structured elastoviscoplastic solids, PhD Thesis, Technical University Eindhoven, 2001.
• 24. J. BOBIŃSKI, J. TEJCHMAN, J. GÓRSKI, Notched concrete beams under bending - calculations of size effects within stochastic elasto-plasticity with non-local softening, Archives of Mechanics, 61, 3-4, 1-25, 2009.