Concrete damage–plasticity model with double independent hardening

Abstract

АННОТАЦИЯВведение. Бетон, будучи неотъемлемой частью современного строительства, представляет собой сложный нелинейный материал. Поведение бетона в значительной степени зависит от вида напряженно-деформированного состояния (НДС) и истории нагружения. Среди элементов вновь возводимых и реконструируемых зданий и сооружений присутствует большое количество конструкций, работающих в условиях трехосного НДС; а также элементов, подверженных циклическим и знакопеременным нагрузкам. В качестве универсального инструмента, который дает возможность с достаточной точностью описывать работу бетона в подобных условиях, может выступать феноменологическая модель материала, применяемая в рамках численных методов. Цель исследования -разработка модели бетона, позволяющей с достаточной точностью описывать поведение материала в рамках статического кратковременного нагружения. Модель должна отражать ключевые особенности поведения бетона: эффекты контракции и дилатации, изменение жесткости в результате знакопеременного и циклического нагружений, влияние вида напряженного состояния на деформативность материала. Кроме того, модель должна иметь алгоритм регуляризации проблемы локализации необратимых деформаций. Материалы и методы. В качестве основы используются результаты анализа и систематического обобщения данных, полученных из отечественных и зарубежных источников, посвященных вопросам теории пластичности и механики разрушения бетонных и железобетонных конструкций. Результаты. Модель реализована в программном конечно-элементном комплексе ANSYS, с помощью которого возможно применять пользовательские модели материала. Проведено сравнение результатов лабораторных и численных испытаний, выполненных для бетонных и железобетонных образцов при различных видах НДС. Выводы. Представленная модель бетона позволяет с достаточной точностью моделировать поведение материала при различных видах НДС в рамках статического кратковременного нагружения, а также отражает главные особенности поведения материала. Для регуляризации проблемы локализации необратимых деформаций в модели используется подход, основанный на теории полосы трещин. Приведены значения всех параметров, необходимых для использования модели материала.