Железобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в LS-DYNA
1 like891 views
Документ описывает методы моделирования железобетонных конструкций под воздействием ударных нагрузок с использованием программного обеспечения LS-DYNA. В нём рассматриваются различные модели бетона, которые учитывают пластическое поведение, поврежденность, армирование и скорость деформации, а также представлены примеры расчетов и результаты экспериментов. Также обсуждаются рекомендации по автоматической генерации параметров для улучшения точности моделирования конструкций.
Железобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в LS-DYNA
- 1. ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс»ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс» Железобетонные конструкции под воздействием ударных нагрузок в Workbench LS-DYNA ACT Юрий Новожилов Yury.Novozhilov@cadfem-cis.ru
- 2. 2© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 • Феноменологический характер моделей бетонов • Модели опираются на разлитые комбинации теорий - Пластическое поведение - Вязкопластическое поведение - Теория разрушения • Модели описывают зависимость напряжений в конструкции от многих параметров - Деформаций - Скоростей деформаций - Внутренней энергии - Плотность и объем - Поврежденность Моделирования поведения бетона
- 3. 3© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Y. Chen, I. M. May, Reinforced concrete members under drop-weight impacts • Плоский ударник массой 98.7 кг • Диаметр ударника 100 мм • Скорость в начальный момент 6.5 м/с • Бетонная плита 760x760x76 мм • Коэффициент армирования 0.6% • Класс прочности бетона C60 Низкоскоростной удар по бетонной плите
- 4. 4© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Пример результатов без учета эрозии материала
- 5. 5© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Пример результатов с эрозией материала
- 6. 6© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Модели бетона встроенные в LS-DYNA
- 7. 7© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Учет поврежденности на растяжение и сжатие раздельно Встроенный учет влияния скорости деформирования Возможность учета распределённого армирования Автоматическая генерация входных параметров Основные модели материалов для расчета бетона Карта материала MID EI SR RD TCD *MAT_PSEUDO_TENSOR 16 + + - - *MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3 72R3 + - + + *MAT_WINFRITH_CONCRETE_REINFORCEMENT 84 + + + - *MAT_BRITTLE_DAMAGE 96 - + - - *MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE 111 - - + - *MAT_SCHWER_MURRAY_CAP_MODEL 145 - - - + *MAT_CSCM(_CONCRETE) 159 + - + + *MAT_RHT 272 + - + + *MAT_CONCRETE_DAMAGE_PLASTIC_MODEL/*MAT_CDPM 273 - - + +
- 8. 8© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 • Karagozian & Case (K&C) Concrete Model • Встроенный учет влияния скорости деформации - Нужна кривая описывающая DIF • Автоматическая генерация параметров - a0 = -1* f’c *MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3 *MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3 $# mid ro pr 73 2400 0.2 $# ft a0 a1 a2 b1 omega a1f 0.0 -50E+6 $# slambda nout edrop rsize ucf lcrate locwidth npts 39.97 1.450E-4 723 $# 4 пустые строки с неиспользуемыми параметрами
- 9. 9© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 • Разработка Winfrith Technology Center • Только для ELFORM = 1 • Визуализация трещин на поверхностях тел • Встроенный учет армирования - *MAT_WINFRITH_CONCRETE_REINFORCEMENT • Встроенный учет влияния скорости деформации • Автоматическая генерация параметров *MAT_WINFRITH_CONCRETE *MAT_WINFRITH_CONCRETE $# mid ro tm pr ucs uts fe asize 84 2400 34E+9 0.2 50E+6 4.2E+6 1.0 16E-3 $# e ys eh uelong rate conm conl cont 210E+9 600E+6 1400E+9 0.075 0.000 1.0 0.000 0.000 $# 2 пустые строки с неиспользуемыми параметрами
- 10. 10© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 • Гладкая шатровая поверхность текучести (Continues Surface Cap Model) • Автоматическая генерация параметров для бетонов С35 – С45 • Учет закрытия трещин • Встроенный учет влияния скорости деформации *MAT_CSCM(_CONCRETE) *MAT_CSCM_CONCRETE $# mid ro nplot incre irate erode recov itretrc 159 2400 1 0 1 2.0 0.0 0 $# pred 0.0 $# fpc dagg units 50.0 4
- 11. 11© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 • Модель Riedel – Hiermaier – Thoma • Автоматическая генерация параметров для бетонов С35 – С140 *MAT_RHT *MAT_RHT $# mid ro shear onempa epsf b0 b1 t1 272 2400 -1.0 2.0 $# a n fc fs* ft* q0 b t2 50E+6 $# 3 пустые строки с неиспользуемыми параметрами
- 12. 12© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Учет поврежденности на растяжение и сжатие раздельно Встроенный учет влияния скорости деформирования Возможность учета распределённого армирования Автоматическая генерация входных параметров Модели для расчета бетона в балочной и оболочечной постановке Карта материала Shell Beam MID EI SR RD TCD *MAT_CONCRETE_EC2 + + 172 + + - + *MAT_RC_SHEAR_WALL + - 194 + + -? -? *MAT_RC_BEAM - + 174 - + -? -? *MAT_CONCRETE_BEAM - + 195 + + + -
- 13. 13© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Методики задание армирования
- 14. 14© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 • Распределенное армирование (smeared) • Явное армирование (explicit) - Конформные сетки/общие узлы - Балочные элементы с изгибной жёсткостью - Балочные элементы без изгибной жёсткости - Пространственные (solid) элементы - Специализированный контактный алгоритм *CONTACT_1D - Уравнения связи и контактные алгоритмы - *CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID - *ALE_COUPLING_NODAL_CONSTRAINT - *CONSTRAINED_BEAM_IN_SOLID Методики учета армирования конструкций
- 15. 15© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 • Реализована в 2013 – 2014 годах для LS-DYNA R8.0 • Карта описывает скольжение узлов арматуры вдоль лини узлов бетона - nsids – узлы, описывающие арматуру - nsidm – узлы, задающие направляющую в бетоне • Модель Прандтля для взаимодействия бетона и арматуры Моделирование вырывания арматуры из бетона *CONTACT_1D $# nsids nsidm err sigc gb smax exp 7 8 1.00E-2 5.00E+7 5.00E+10 0.2 0.000
- 16. 16© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 • Реализована в 2003 – 2005 годах • Автоматически генерируется в Workbench LS-DYNA ACT • Основные настройки: - slave – арматура - master – бетон Базовые карты для задания явного армирования *CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID $# slave master sstyp mstyp nquad ctype direc mcoup 2 1 0 0 0 2 0 0 $# 3 пустые строки для неиспользуемых параметров
- 17. 17© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 • Реализована в 2012 году для LS-DYNA R6.1 • Основные настройки: - slave – арматура - master – бетон Базовые карты для задания явного армирования *ALE_COUPLING_NODAL_CONSTRAINT $# coupid title 1 $# slave master stype mtype ctype mcoup 2 1 0 0 2 0 $# start end frcmin 0.0 1.00E10 0 0 0 0.5
- 18. 18© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 • Реализована в 2013 – 2014 году для LS-DYNA R7.1 • Возможность моделирования скольжения арматуры в бетоне без трения • Работает только для гексаэдральных сеток • Основные настройки: - slave – арматура - master – бетон Расширенные возможности задания армирования *CONSTRAINED_BEAM_IN_SOLID $# jid title 1 $# slave master sstyp mstyp ncoup cdir 2 1 0 0 0 0 0 1 $# start end 0.0 0.0
- 19. 19© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Карта требуется для вычисления деформаций и напряжений в балочных элементах. Без этой карты не будет работать критерий разрушения для балок по деформациям. Тонкости работы с арматурой *DATABASE_EXTENT_BINARY $# neiph neips maxint strflg sigflg epsflg rltflg engflg 0 0 0 1 1 1 1 1 $# cmpflg ieverp beamip dcomp shge stssz n3thdt ialemat 0 0 1 1 1 1 2 0 $# nintsld pkp_sen sclp hydro msscl therm intout nodout 0 0 0.000 0 2 0STRESS STRESS $# dtdt resplt 0 0
- 20. 20© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Замена умерших лагранжевых элементов на частицы с возможной подменой модели материала • *DEFINE_ADAPTIVE_SOLID_TO_SPH - Реализована в 2008 – 2011 году для LS-DYNA R6 • *DEFINE_ADAPTIVE_SOLID_TO_DES - Реализована в 2013 – 2014 году для LS-DYNA R8 Len Schwer, “New keywords related to blast & penetration: a few simple applications” Переход к бессточным методам для разрушенного материала
- 21. 21© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Еще один эксперимент
- 22. 22© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Kazunori Fujikake, Bing Li, Sam Soeun, Impact Response of Reinforced Concrete Beam and Its Analytical Evaluation • Падение цилиндрического ударника на железобетонную балку • Несколько типов арматуры • Несколько высот падения • Хорошее описание эксперимента Низкоскоростной удар по бетонной балке
- 23. 23© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Арматура встраивается в бетон через уравнение связи Внешний вид КЭ модели
- 24. 24© ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015 Некоторые экспериментальные данные
- 25. Спасибо за внимание! Юрий Новожилов Yury.Novozhilov@cadfem-cis.ru © ЗАО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс», 2015