Skip to main content
SUPERVISOR
Hamid Hashemalhosseini,AmirMehdi Halabian
حمید هاشم الحسینی (استاد مشاور) امیرمهدی حلبیان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Omid Daeijavad
امید دائی جواد

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی عمران
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Numerical Modeling of Fiber Reinforced Concrete Considering a Probabilistic Distribution For Fibers
The cracking-bridging capacity provided by steel fibers improves both the toughness and durability of concrete. several parameters such as geometrical and mechanical features of fibers and concrete affect the behavior of FRC, therefore, studing behaviors is necessary. In previous research, analysis of FRCs have been done by experimental investigations and also section analysis have been done by experimental and numerical investigations. In numerical investigations, the modeling have been proceed with continuum element. According to past researches, the effectiveness of distribution and orientation in concrete matrix play the main roles in FRC behavior. The objective of present thesis was to develop a new model for simulating fibers in real conditions and at the end of the thesis the FRC behavior have been studied under static loads. For modeling, the nonflexible fibers have been chosen and the proposed distributions in previous studies applied to the models and finally a governed distribution was proposed. In present thesis, a distribution algorithm is written in a numerical solver software (ABAQUS) which uses finite element method (FEM). This algorithm defined by a python code. For concrete element, damage concrete plasticity model is chosen and for steel element elasto-plastic behavior is considered. The influence of correlation between fiber and concrete is one of the most important facts on FRC behavior. So this fact is investigated related to whole previous suggested models and it has been shown that cohesive behavior contact is the most appropriate model for expressing continuity between fiber and concrete. Because application of mentioned model is very time consuming and needs high cupable hardware so another numerical method which is called embedded model is used. In sequence, a non-linear solution method is used to analysis the FRC models. Finally, two cylindrical and cubic specimens are chosen for numerical tests. The diameter and height of cylindrical specimen were 150 mm and 300 mm respectively, with 0.5 percent fiber volume fraction and also the cubic specimen has the length of 400 mm, height of 100 mm and width of 100 mm containing 1 percent fiber volume fraction. These two models have been investigated under static loads and their behaviors under bending and tensile were studied. Numerical predictions are compared to observations from experiments to demonstrate the ability to predict such FRC meaningfully. There is a good agreement between numerical and experimental results. By using the proposed numerical model in this thesis, the behavior of FRC could be investigated under various static and dynamic loads.
با توجه به افزایش روز افزون استفاده از بتن های الیافی نیاز به شناخت رفتار آنها بیش از پیش احساس می شود. از طرفی به دلیل متغیرهای زیاد حاکم بر رفتار اینگونه مواد ترکیبی، نظیر خصوصیات هندسی و مکانیکی الیاف و بتن، تدوین رفتار آنها را با مشکل مواجه کرده است. لازم به توضیح است در تحقیقات گذشته برای بررسی رفتار بتن های الیافی از مطالعات آزمایشگاهی و برای تحلیل مقاطع نیز به غیر از روش آزمایشگاهی از روش تحلیلی وعددی استفاده کرده اند. در این مطالعات برای تحلیل عددی نمونه های بتن الیافی از مدل سازی به صورت پیوسته استفاده شده است. علی رغم مطابقت نتایج با نمودارهای آزمایشگاهی ولیکن الیاف را به عنوان یکی از دو رکن بتن الیافی حذف نموده و تأثیر جهت گیری و پراکندگی الیاف درون ماتریس بتنی که یکی از پر اهمیت ترین عوامل در رفتار این گونه مواد است، دیده نمی شود. لذا برای مدل سازی نیاز به رفتار تک محوره این نوع مواد با استفاده از داده های آزمایشگاهی است، به همین دلیل نمی توان روش های عددی این چنین را به عنوان روشی برای رفتارشناسی این نوع مواد بکاربرد. در این پایان نامه کوشش بر این پایه استوار است که مدل عددی ای بسط داده شود که بتوان به کمک آن الیاف را با تمام شرایط محیط فیزیکی مدل سازی کرد و در انتها با اعمال بار به بررسی رفتار این مواد پرداخته شود. برای مدل سازی الیاف، الیاف غیر منعطف همچون فولاد انتخاب گردید و با بررسی توزیع های ارائه شده در تحقیقات پیشین به علاوه توزیعی پیشنهادی و مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی، توزیع حاکم انتخاب گردید. با نوشتن الگوریتم توزیع در یک نرم افزار تحلیل عددی به روش اجزا محدود (ABAQUS) مدل سازی آن انجام شد. از طرف دیگر پیوستگی لیف و بتن از مؤلفه های تأثیرگذار بر رفتار کلی بتن های الیافی می باشد لذا برای شبیه سازی آن، تمام مدل های قابل استفاده مورد تحقیق قرار گرفت و نشان داده شد تماس با رفتار چسباننده به عنوان مدل مناسبی برای تعریف چسبندگی لیف و بتن است. البته به دلیل نیاز به امکانات سخت افزاری قدرتمند از روش جاسازی برای مدل سازی پیوستگی بین لیف و بتن استفاده شد. برای مدل سازی بتن، مدل بتن آسیب دیده خمیری و برای فولاد، رفتار الاستوپلاستیک بکاربرده شد. در انتها نمونه استوانه ای به قطر 150 و طول 300 میلیمتر با 5/0 درصد و همچنین نمونه مکعب مستطیلی به ابعاد 100×100×400 میلیمتر با 1 درصد حجمی الیاف مطابق با نمونه آزمایشگاهی، مدل سازی گردید و با اعمال بار استاتیکی به تحلیل رفتار نمونه های ساخته شده تحت فشار و خمش پرداخته شد. بر اساس شبیه سازی صورت گرفته در تحقیق حاضر تطابق خوبی میان نتایج آزمایشگاهی و نتایج مدل سازی عددی مشاهده گردید. مدل حاضر ارائه شده در این پایان نامه قابلیت بررسی عددی رفتار بتن الیافی را تحت شرایط بارگذاری مختلف استاتیکی و دینامیکی دارد. کلمات کلیدی بتن الیافی،شبیه سازی، مدل رفتاری، مدل سازی، مدل آسیب، بیرون کشیدگی، تماس چسباننده، حل به روش اجزا محدود ، تحلیل استاتیکی غیرخطی، آباکوس.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی