Материальные модели

Нелинейная работа материала железобетона, бетона и сталефибробетона может быть описана с помощью моделей материала «Анизотропно | Повреждение» или «Изотропно | Повреждение».

Диаграмма напряжение-деформация не антисимметрична В отличие от других моделей материала, диаграмма напряжение-деформация для моделей «Изотропно | Повреждение» и «Анизотропно | Повреждение» не является антисимметричной относительно начала. Таким образом, эти модели могут отображать различное поведение бетона или железобетона при давлении и растяжении.

Трещинообразование — размазанная модель трещин Кроме того, модели могут отображать непрерывную деградацию жёсткости материала вследствие трещинообразования. Для этого применяется размазанная модель трещин ("Smeared crack model"). На следующем изображении схематично представлены возможности моделирования трещин дискретно (a) и размазанно (b).

Модели трещин в МКЭ: a) дискретная и b) сплошная

Основная идея этих моделей состоит в том, чтобы определить состояние деформации аддитивно из деформации основного материала и деформации трещины. При возникновении трещины предполагается, что основной материал продолжает вести себя упруго, а все дополнительные деформации возникают в трещине. При этом трещина не отображается по отдельности, а моделируется как распределённое по элементу так называемое «размазанное» повреждение.

Параметры повреждения Различие между двумя моделями заключается в способе снижения жёсткости.

• В модели материала «Изотропно | Повреждение» это выполняется с помощью скалярного параметра повреждения.
• В модели материала «Анизотропно | Повреждение» снижение жёсткости, напротив, выполняется поэлементно с помощью тензора повреждений.

Изотропно | Повреждение

Ненаправленная деградация Изотропное повреждение бетона характеризуется ненаправленной деградацией жёсткости материала. При этом жёсткость снижается с помощью скалярного параметра повреждения одинаково во всех пространственных направлениях, как это типично для простых континуальных моделей повреждений (модель повреждений Мазара).

Не учитывается направление главных напряжений, а повреждение происходит, скорее, в направлении эквивалентной деформации, которая учитывает также третье направление, перпендикулярное плоскости. Растянутая зона и область давления тензора напряжений обрабатываются раздельно. При этом применяются различные параметры повреждения.

«Размер элемента-ориентира» определяет, как деформация в зоне трещины масштабируется по длине элемента. При предустановленном значении ноль масштабирование не выполняется. Благодаря этому работа материала сталефибробетона отображается реалистично.

Анизотропно | Повреждение

Направленная деградация Анизотропное повреждение бетона характеризуется направленным снижением жёсткости материала и описывается с помощью тензора повреждений. Благодаря этому могут быть отображены различные жёсткости в направлениях растяжения, давления и сдвига.

Физически трещины действуют как дискретные зоны ослабления с предпочтительной ориентацией, вследствие чего нормальная жёсткость и жёсткость на сдвиг поперёк или параллельно плоскости трещины значительно различаются. В результате материал локально проявляет ортотропное или трансверсально-изотропное поведение.