مطالعه پارامترهاي موثر در شبيه سازي ميان مقياس بتن

Study on the Simulation parameters in meso scale concrete model

طراحي و تحليل سازه هاي بتني عمدتاً با فرض اينكه بتن را مي توان به عنوان يك ماده ي همگن درنظر گرفت انجام مي‌شود. اين درحالي است كه بتن يك كامپوزيت ناهمگن، متشكل از سنگدانه ها، خمير سيمان و حفرات هوا است. در بررسي رفتار مكانيكي بتن و تحليل ترك، فرض همگن بودن ماده منجر به نتايج غير واقعي مي‌شود لذا با توجه به توان كامپيوترهاي امروزي و اهميت دقت نتايج، در اين تحقيق از مدل ميان‌مقياس استفاده مي‌شود. جهت مدلسازي رفتار غيرخطي بتن در نرم‌افزارهاي اجزا محدود از مدل‌هاي مختلفي نظير شكست ترد ، ترك پخشي و پلاستيك آسيب ديده بتن استفاده مي‌شود. در اين پژوهش سعي شده با بررسي پارامترهاي ورودي سطح تسليم مدل پلاستيك آسيب‌ديده بتن در نرم‌افزار آباكوس نتايج خروجي حاصل از مدلسازي را به نتايج واقعي نزديك‌تر كرد. 41 تحليل هدف‌دار براي بررسي تاثير پنج پارامتر ورودي سطح تسليم مدل پلاستيك آسيب ديده بتن بر روي مدل تير شكاف دار (Natched Beam) انجام شد كه نتايج حساسيت زياد مدل نسبت به پارامتر ويسكوالاستيك در خروجي نيروها را بيشتر از ساير پارامترها نشان مي‌دهد. در اين پژوهش بتن شامل دو فاز سنگدانه و ملات در نرم‌افزار اجزامحدود آباكوس مدل شده است. به منظور انجام مدلسازي سنگدانه‌ها در ميان‌مقياس، نمونه‌هاي تصادفي به صورت كروي و بيضوي در نرم‌افزار متلب توليد شده و با كنترل عدم تداخل سنگدانه‌ها در كنار يكديگر به صورت تصادفي درون مرزهاي قالب چيده ‌شده‌اند. نتايج حاصل از مدلسازي ناهمگن با سنگدانه‌هاي كروي و بيضوي با مدلسازي همگن بتن مقايسه شده است. همچنن سه نمونه مكعبي بتني در آزمايشگاه ساخته شده و با نتايج حاصل از مدلسازي دو فازه بتن مقايسه شده است. مقاومت فشاري حداكثر هر دو مدل همگن و ناهمگن برابر بوده اما شيب نمودارها در ناحيه پلاستيك متفاوت است.

Numerical models are feasible approach against field studies which are capable of estimating of materials behavior appropriately if material properties are considered exactly. Numerical models are categorized in three sets: Micro, meso and Macro scale. In macro scale, the whole concrete is considered as a one phase material and usually the interaction between concrete-steel is just modeled. In Micro Scale Modelling, the cement-aggregate crystals are evaluated. The other preference of meso scale numerical model is the ability of presenting different phases interaction in multi phase materials such as concrete. This feature is useful in high rate dynamic load such as explosion. To perform meso scale modeling, different random specimens with different contents of aggregates must be produced. In different studies, a unique pattern which could generate real aggregation is not used. Aggregates generated in this study are elliptical, and by controlling the lack of interference with each other, aggregates are randomly assigned into the defined template boundaries. Then, in the next step, the specimen is meshed by choosing dimensions of elements in cubic form. Finally, the prototype is transformed into the input text file of the numerical analysis programs. The comparison between produced aggregate curve and real cure shows good agreement.