بررسي عددي و ارايه يك مدل ساختاري تركيبي براي بتن تحت تاثير بارگذاري با نرخ كرنش نسبتا بالا

Numerical Analysis and Presentation of a Combined Structural Model for the Concrete Affected by a Relatively High Strain Rate Loading

بسياري از سازه هاي بتني ممكن است تحت بارگذاري هاي ديناميكي با نرخ كرنش بالا مانند ضربه، انفجار و ... قرار گيرند. بنابراين پيش بيني رفتار اين سازه ها به منظور مقابله با حوادث احتمالي و كاهش خسارات وارده حايز اهميت مي باشد. شناخت پاسخ بتن تحت نرخ كرنش هاي بالا، يكي از فاكتورهاي اساسي در طراحي سازه هاي محافظ و كاهش تخريب ساخت و سازها محسوب مي شود. هنگامي كه بتن تحت بارگذاري ديناميكي قرار مي گيرد، رفتار آن وابسته به نرخ كرنش اعمالي است. بنابراين، نياز به مدل مناسبي مي باشد تا خصوصيات آنرا بدرستي توصيف نمايد. هدف از اين مقاله، ارايه يك روش براي پيش بيني مقاومت ديناميكي بتن و تخريب آن با استفاده از تركيب مدل ويسكوپلاستيسيته و تيوري تخريب مي باشد. مدل رفتاري پيشنهادي، به صورت يك زيربرنامه در نرم افزار آباكوس پياده سازي شده و براي شبيه سازي رفتار نمونه بتني در آزمايش ميله هاپكينسون مورد استفاده قرار گرفته است. دستگاه ميله هاپكينسون قادر است نرخ كرنش هاي مختلفي را بر يك نمونه استوانه اي وارد ساخته و نمودار تنش را بر حسب يك نرخ كرنش مشخص ترسيم نمايد. در نهايت، نتايج حل عددي با نتايج تجربي مقايسه شده و همخواني خوبي مشاهده شده است.

Many concrete structures may be exposed to high rate dynamic loadings like impacts, explosions, etc. Thus, it is necessary to know the behavior of this material in order to predict the response of the structure. Understanding the response of concrete at high strain rates is a main factor both for a successful design of protective structures and reducing the damage of constructions. As the concrete is exposed to dynamic loading, its behavior depends on the strain rate. Therefore, an appropriate model is needed to present the theoretical characteristic of concrete correctly. The purpose of this paper is to present an approach used to couple the viscoplastic model with the damage theory. The proposed model is able to predict the dynamic strength and damage of concrete. The model was implemented as a material subroutine (UMAT) in ABAQUS FE software for simulation of the concrete specimen behavior in Split Hopkinson Pressure Bar (SHPB). The SHPB is an apparatus which is able to apply different strain rates on a cylindrical specimen and sketch the stress curve related to a specified strain rate. Finally, the result of the proposed model was compared to the experimental results and a good degree of agreement was observed.