Научные публикации

Calibration and Validation of the Menetrey-Willam Constitutive Model for Concrete

Журнал «Строительство уникальных зданий и сооружений»
DOI:10.18720/CUBS.88.4
Авторы: А. Н. Дмитриев, Ю. В. Новожилов, Д. С. Михалюк, В. В. Лалин

На сегодняшний день большинство нелинейных расчетов железобетонных конструкций выполняются с использованием моделей, основанных на теории пластического течения. Одной из наиболее популярных моделей деформирования бетона является модель, основанная на функции текучести Менетри-Виллама и реализованная в ANSYS. Определяющие соотношения данной модели позволяют описать такие важные особенности, как различная прочность бетона при растяжении и сжатии, нелинейное упрочнение, разупрочнение и дилатансия. Однако, применение модели Менетри-Виллама ограничено в проектной практике, поскольку в отечественной и зарубежной литературе отсутствует понятная методика идентификации параметров, основанная на нормативных данных. В данной статье предлагается процедура настройки модели на основе европейского стандарта CEB-FIP Model Code. Полученные параметры верифицируются на базовых тестах – одноосном растяжении, одноосном сжатии и двуосном сжатии. Показано, что результаты базовых тестов полностью соответствуют нормативным данным. Для подтверждения возможности модели адекватно описывать напряженно-деформированное состояние бетона выполнена валидация на шести задачах: осевое сжатие бетонного образца-кубика, четырехточечный изгиб железобетонной балки, трехточечный изгиб бетонной балки с надрезом, внецентренное сжатие железобетонной колонны, испытание бетонного и железобетонного образцов на сдвиг. Для анализа чувствительности результатов к шагу сетки конечных элементов все расчеты были выполнены на трех сетках. Показано, что применение параметров модели на основе предлагаемой методики позволяет достичь хорошего соответствия экспериментальным данным для всех рассмотренных задач практически независимо от размера конечно-элементной сетки. Предлагаемая методика подбора параметров позволяет использовать модель Менетри-Виллама без специальных знаний в области механики бетона.

Читать публикацию

Journal "Construction of Unique Buildings and Structures"

Authors: A. N. Dmitriev, Iu. V. Novozhilov, D. S. Mikhaliuk, V. V. Lalin

Flow plasticity theory has been widely used for nonlinear simulation of reinforced concrete (RC) structures. Constitutive relations of flow plasticity theory in CAE software are referred to as material models. One of the most popular concrete models is the Menetrey-Willam model realized in ANSYS software. The Menetrey-Willam constitutive model can well capture many important mechanical behaviors of concrete such as different tensile and compression strength, nonlinear hardening, softening, and dilatancy. However, there is no published calibration methodology with a clear foundation based on structural design standards. This study suggests an effective calibration procedure to identify the input parameters for the Menetrey-Willam model, mainly according to the CEB-FIP Model Code. Firstly, the identified parameters were verified on basic material tests by a single element simulation. Verification revealed full compliance simulation results with the standards for uniaxial compression, uniaxial tension, and biaxial compression stress states. To validate the ability of the material model to objectively reproduce structural behavior we validated it on six structural tests: confined uniaxial compression of a cube specimen, four-point bending test of a RC beam, three-point bending test of a notched concrete beam, eccentric compression of a RC column, shear rupture test and push-off test of an S-shaped specimen. For all structural tests, a mesh sensitivity analysis was also carried out. The use of the proposed model parameters allows to achieve a good match with the experimental data for all the considered problems almost independently of the mesh size. The obtained parameters can be conveniently used for occasional users without special knowledge in the field of concrete mechanics.

Связанные новости
19 апреля 2022 года состоялось заседание секции №6 «Прочность и надежность строительных конструкций зданий и сооружений» Экспертного совета по аттестации программ для ЭВМ при Научно-техническом центре по ядерной и радиационной безопасности (ФБУ «НТЦ ЯРБ») Ростехнадзора.
АО «ЦИФРА» приняла участие в треке «Математическое моделирование» в рамках образовательного форума "Phygital universe", который проходил в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого. 27 апреля руководитель инженерной группы АО «ЦИФРА» Юрий Лавров, а также инженеры Рубцов Иван и Васильева Дарья выступили в Высшей школе теоретической механики с презентацией проектов из инженерной практики. 29 апреля Юрий и Дарья оценивали навыки математического моделирования и инженерного мышления участников форума при решении практического кейса от АО «ЦИФРА». По результатам защиты кейсов выбрано 5 победителей, которые получат дополнительные 10 баллов при поступлении в магистратуру в СПбПУ.
Связанные публикации в блоге
Бронеодеждой или БО согласно ГОСТ 34286-2017 называют средства индивидуальной броневой защиты, выполненные в виде пальто, накидок, плащей, костюмов, курток, брюк, комбинезонов, жилетов и т.п., предназначенные для периодического ношения с целью защиты туловища и (или) конечностей человека (за исключением стоп ног и кистей рук) от воздействия холодного оружия и огнестрельного стрелкового оружия, а также поражения осколками (далее - средства поражения). БО применяется тогда, когда может потребоваться защита жизни и здоровья человека. Она классифицируется и для нее проводятся испытания согласно назначенным классам.
Основной эксплуатационной характеристикой судна, определяющей возможности работы судна в ледовых условиях, является его ледовый класс. В прошлом каждое классификационное общество имело свою уникальную систему классификации судов ледового плавания, и, как следствие – свои нормативные требования к таким судам, однако в начале 2000-х годов Международной ассоциацией классификационных обществ (МАКО) была проведена работа по унификации этих требований, результатом которой стало введение двух систем классификации судов ледового плавания: системы балтийских ледовых классов (для плавания в Балтийском море и схожих по ледовым условиям морях) и системы полярных классов (для плавания в полярных водах), при этом требования каждого классификационного общества-члена МАКО остались в силе. Со вступлением в силу в 2017 году Международного кодекса для судов, эксплуатирующихся в полярных водах (Полярного кодекса) особенно актуальным стал вопрос присвоения судну полярного класса. Несмотря на то, что МАКО была определена приблизительная эквивалентность ледовых классов различных систем классификации (см. рис. 1), на практике для получения полярного класса необходимо подтверждение соответствия судна требованиям IACS UR I – requirements concerning Polar Class. Эти требования разделяются на корпус и механические установки. Рассмотрим пример выполнения анализа соответствия механических установок судна полярному классу.
Связанные вебинары
В рамках Договора о научно-техническом сотрудничестве между АО «ЦНИИМФ» и АО «ЦИФРА» на данном вебинаре заведующий отделом конструктивной надежности и защиты судов от коррозии АО «ЦНИИМФ» Алексей Петров расскажет об имеющемся опыте и перспективах использования компьютерного моделирования для решения различных задач, связанных с ремонтом или модернизацией судов в эксплуатации.
АО "ЦИФРА" объявляет о проведении серии лекций-вебинаров от ведущих приглашенных экспертов в области численного моделирования. В ходе первого вебинара данной серии будут рассмотрены вопросы прочностного анализа «легких» (lightweight) композитных конструкций при динамическом нагружении с использованием явных решателей (сеточного и бессеточного) ПО LS-DYNA.

Закажите расчет

Команде профессионалов
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.