Skip to main content
SUPERVISOR
وحید یعقوبی (استاد مشاور) محمد سیلانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Marzieh Nilforoushan
مرضیه نیل فروشان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
Concrete is the most widely used construction material, but it is susceptible to crack formation. Due to the wide range of concrete uses, finding a way to prevent crack extension is desirable. Recently, a new solution is developed, called self-healing concrete. Self-healing materials are capable of healing damage automatically. The self-healing efficiency parameter is a representative parameter that quantifies the amount of healing in these materials. Self-healing materials are divided into two types of autogenous and autonomous. The encapsulated healing agent does one of the techniques of autonomous self-healing. Cracks fracture the embedded capsules, and healing is accomplished by releasing healing agents into the crack plane and bonding the crack faces. In this process, the diameter and number of capsules are critical. Experimental investigation of these materials is complicated and expensive, and hence, modeling of these materials is preferable. In this research, simulation of the healing process in encapsulation-based self-healing concrete and calculation of self-healing efficiency for three different percentages of capsules with constant diameter were done. Then, the capsule percentage effect on the stress-displacement behavior and the amount of efficiency were examined. Initially and for modeling concrete at mesoscale in Abaqus, the phase-field method was used. The limitation of in-hand phase-filed code to model the interphase layer resulted in inaccurate results. Therefore, instead of using the phase-field method, the concrete damaged plasticity model in Abaqus was used, and the results were validated. Then, a 3D model of concrete was simulated, and the effects of the interphase zone and the percentage of aggregate were investigated. Using this model and by adding specific amounts of cylindrical capsules, the self-healing concrete model was simulated. The effect of capsule percentage on the stress-displacement behavior of concrete was also studied. It was shown that the addition of capsules would decrease the strength and increase the concrete's ductility. The healing process was then simulated in two levels, and the stress-displacement curve for three models with different capsule contents was extracted. It was shown that the first strength decreased with the addition of capsules, but the second strength increased. Finally, the efficiency parameter was calculated. It was concluded that increasing the capsule content inside self-healing concrete will increase the efficiency parameter. Keywords: Encapsulation-based self-healing concrete, self-healing efficiency, simulation of healing, finite element method, concrete, phase-field model, concrete damaged plasticity model.
بتن گسترده‌ترین ماده ساختمانی است ولی در برابر تشکیل ترک حساس است. به‌علت گستردگی موارد استفاده از آن، یافتن راهی برای جلوگیری از گسترش ترک مطلوب است. راهکار جدیدی که به‌تازگی توسعه یافته، استفاده از بتن خودترمیم‌شونده است. مواد خودترمیم‌شونده دارای قابلیت ترمیم آسیب به‌صورت خودکار هستند، که پارامتر بازده خودترمیم‌شوندگی بیانگر میزان عملکرد ترمیم در این مواد است. مواد خودترمیم‌شونده به دو دسته ذاتی و غیرذاتی تقسیم می‌شوند. یک نمونه از خودترمیم‌شوندگی غیرذاتی، با اضافه کردن کپسول‌های حاوی عنصر ترمیم به ماده انجام می‌گیرد. به این صورت که کپسول‌های در مسیر ترک، در اثر برخود با ترک شکسته شده و عنصر ترمیم آزاد شده به فضای خالی مابین صفحات ترک حرکت و دو صفحه را به هم وصل می‌کند. در این فرآیند، قطر و تعداد کپسول‌ بر بازده تأثیرگذار است. به‌علت نیاز به هزینه و زمان بسیار، مدل‌سازی این مواد نسبت به تحقیقات آزمایشگاهی ارجحیت دارد. در این پژوهش، به شبیه‌سازی فرآیند ترمیم در بتن خودترمیم‌شونده با استفاده از کپسول و محاسبه بازده خودترمیم‌شوندگی برای سه درصد مختلف کپسول با قطر ثابت پرداخته و تأثیر درصد کپسول‌ موجود در مدل بر نمودار تنش-جابه‌جایی و مقدار بازده بررسی شد. بدین منظور ابتدا جهت مدل‌سازی بتن در مقیاس مزو در آباکوس، از روش میدان فاز استفاده شد. به علت عدم توانایی در مدل‌سازی فاز میانی با استفاده از برنامه در دسترس، نتایج استخراجی معتبر نبود. سپس به جای روش میدان فاز، از مدل پلاستیسیته آسیب‌دیده بتن در آباکوس استفاده شد و صحت نتایج نشان داده شد. لذا مدلی سه‌بعدی از بتن شبیه‌سازی و تأثیر مدل‌سازی فاز میانی و درصد سنگ‌دانه موجود در مدل بررسی شد. با استفاده از مدل بتن و با اضافه کردن مقادیر مشخصی از کپسول استوانه‌ای، مدل بتن خودترمیم‌شونده ساخته و تأثیر درصد کپسول‌ موجود بر نمودار تنش-جابه‌جایی نشان داده شد. با افزایش درصد کپسول، کاهش استحکام و افزایش انعطاف‌پذیری مشاهده شد. سپس فرآیند ترمیم در دو مرحله شبیه‌سازی و نمودار تنش-جابه‌جایی برای سه مدل با درصدهای مختلف کپسول استخراج شد. اگرچه با افزایش درصد کپسول استحکام اولیه کاهش یافته بود، ولی استحکام ثانویه افزایش یافت. سپس مقدار بازده محاسبه شد. مشاهده شد که با افزایش درصد کپسول، مقدار بازده افزایش می‌یابد. کلمات کلیدی: بتن خودترمیم‌شونده با استفاده از کپسول، بازده خودترمیم‌شوندگی، شبیه‌سازی ترمیم، روش اجزای محدود، بتن، مدل میدان فاز، مدل پلاستیسیته آسیب‌دیده بتن

ارتقاء امنیت وب با وف بومی