Mô phỏng sự hình thành và lan truyền vết nứt trong dầm bê tông cường độ cao có chất kết dính bổ sung nano silica bằng phương pháp phase field
Email:
doanhtu@utc.edu.vn
Từ khóa:
Phương pháp phase field, vết nứt, phá hủy, bê tông cường độ cao, nano-silica.
Tóm tắt
Trong thời gian gần đây, phương pháp phase field là một công cụ mô phỏng mạnh để dự đoán sự phát triển vết nứt trong kết cấu. Phương pháp này sử dụng biến phase field và hàm suy biến để mô tả sự suy giảm năng lượng tồn tại trong vật thể cũng như trạng thái của vết nứt dựa vào việc giải quyết kết hợp giữa bài toán phase field và bài toán cơ học. Trong nghiên cứu này, phương pháp phase field được sử dụng để xác định: (i) sự hình thành và lan truyền vết nứt trong kết cấu; (ii) đường cong ứng xử giữa tải trọng và chuyển vị; (iii) đường cong quan hệ giữa tải trọng và độ mở rộng miệng vết nứt do chuyển vị (CMOD) và (iv) công cơ học phá hủy của dầm bê tông chịu uốn ba điểm. Các mẫu dầm này được làm từ bê tông cường độ cao với sự thay đổi tỷ lệ chất kết dính bổ sung nano-silica (NS) từ 0% tới 1,5%. Kết quả tính toán từ phương pháp mô phỏng phù hợp với kết quả thực nghiệm và lý thuyết của các nghiên cứu trước đó. Phương pháp phase field có thể là một công cụ đáng tin cậy và hiệu quả để mô phỏng sự hình thành và lan truyền vết nứt và ứng xử cơ học của các kết cấu bê tông cường độ cao và bê tông tính năng cao.Tài liệu tham khảo
[1]. G.A. Griffith, The phenomena of rupture and flow in solid, Philosophical Transaction of the
Royal Society London Series A. 221 (1921) 163-198. https://doi.org/10.1098/rsta.1921.0006
[2]. G.R. Irwin, Analysis of stress and strains near the end of a crack traversing a plate, J. Appl.
Mech, 24(1957) 361-364.
[3]. G.A. Francfort, J.J. Marigo, Revisiting brittle fracture as an energy minimization problem, J.
Mech. Phys. Solids, 46(1998) 1319-1342. https://doi.org/10.1016/S0022-5096(98)00034-9
[4]. D. Mumford, J. Shah, Optimal approximations by piecewise smooth functions and associated
variational problems, Commun. Pure. Appl. Math, 42 (1989) 577-685. https://doi.org/ 10.1002/cpa.3160420503
[5]. B. Bourdin, J.J. Marigo, C. Maurini, P. Sicsic, Morphogenesis and propagation of complex
cracks induced by thermal shocks, Phys. Rev. Lett, 112(2014) 014301. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.014301
[6]. C. Miehe, M. Hofacker, F. Welschinger, A phase field model for rate-independent crack
propagation: robust algorithmic implementation based on operator splits, Comput. Methods
Appl. Mech. Eng, 199 (2010) 2765-2778. https://doi.org/10.1016/j.cma.2010.04.011
[7]. Ngo Van Thuc, Bui Tien Thanh, Nguyen Thi Cam Nhung, Nguyen Thi Thu Nga, Nguyen Duyen Phong, Lam Thanh Quang Khai, Effect of nano-silica on fracture properties and crack extension resistanceof high-performance concrete, International Conference in Computational Methods, 7 (2020) 337-346.
[8]. Ngô Văn Thức, Bùi Tiến Thành, Nguyễn Văn Hậu, Đánh giá sự ảnh hưởng của Nano-silica đến các tính chất của bê tông cường độ cao, Tạp chí Giao thông Vận tải, 9 (2019) 100-104.
[9]. Ngô Văn Thức, Bùi Tiến Thành, Nguyễn Thị Cẩm Nhung, Nghiên cứu ảnh hưởng của Nano-silica đến năng lượng phá hủy của bê tông cường độ cao, Tạp chí Giao thông Vận tải, 11 (2020) 84-87.
[10]. Ngô Văn Thức, Bùi Tiến Thành, Nguyễn Thị Cẩm Nhung, Nguyễn Duyên Phong, Đặng Văn Kiên, Nghiên cứu cường độ dự trữ sau nứt dầm bê tông cường độ cao sử dụng Nano-siliaca, Tạp chí Giao thông Vận tải, 12 (2020) 64-67.
[11]. H. Tada, P.C. Paris, G.R. Irwin, The Stress Analysis of Cracks Handbook, 3rd edition, ASME Press, New York, 2000.
[12]. T.T. Nguyen, J. Yvonnet, Q.Z. Zhu, M. Bornert, C. Chateau, A phase field method to simulate
crack nucleation and propagation in strongly heterogeneous materials from direct imaging of
their microstructure, Eng. Fract. Mech, 139 (2015) 18-39. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2015.03.045
[13]. Nguyễn Thị Hải Như, Trần Anh Bình, Khảo sát ảnh hưởng của sự phân bố lỗ rỗng tới sự khởi tạo và phát triển vết nứt bằng phương pháp trường pha, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Xây dựng, 5 (2017) 100-107.
[14]. ACI 211.4R-08, Guide for Selecting Proportions for High-Strength Concrete Using Portland
Cement and Other Cementitious Materials, American Concrete Institute, 2008.
[15]. T.T. Nguyen, J. Yvonnet, M. Bornert, C. Chateau, K. Sab, R. Romani, R. Le Roy, On the
choice of parameters in the phase field method for simulating crack initiation with experimental validation, Int. J. Fracture, 197 (2016) 213-226. https://doi.org/10.1007/s10704-016-0082-1
Royal Society London Series A. 221 (1921) 163-198. https://doi.org/10.1098/rsta.1921.0006
[2]. G.R. Irwin, Analysis of stress and strains near the end of a crack traversing a plate, J. Appl.
Mech, 24(1957) 361-364.
[3]. G.A. Francfort, J.J. Marigo, Revisiting brittle fracture as an energy minimization problem, J.
Mech. Phys. Solids, 46(1998) 1319-1342. https://doi.org/10.1016/S0022-5096(98)00034-9
[4]. D. Mumford, J. Shah, Optimal approximations by piecewise smooth functions and associated
variational problems, Commun. Pure. Appl. Math, 42 (1989) 577-685. https://doi.org/ 10.1002/cpa.3160420503
[5]. B. Bourdin, J.J. Marigo, C. Maurini, P. Sicsic, Morphogenesis and propagation of complex
cracks induced by thermal shocks, Phys. Rev. Lett, 112(2014) 014301. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.014301
[6]. C. Miehe, M. Hofacker, F. Welschinger, A phase field model for rate-independent crack
propagation: robust algorithmic implementation based on operator splits, Comput. Methods
Appl. Mech. Eng, 199 (2010) 2765-2778. https://doi.org/10.1016/j.cma.2010.04.011
[7]. Ngo Van Thuc, Bui Tien Thanh, Nguyen Thi Cam Nhung, Nguyen Thi Thu Nga, Nguyen Duyen Phong, Lam Thanh Quang Khai, Effect of nano-silica on fracture properties and crack extension resistanceof high-performance concrete, International Conference in Computational Methods, 7 (2020) 337-346.
[8]. Ngô Văn Thức, Bùi Tiến Thành, Nguyễn Văn Hậu, Đánh giá sự ảnh hưởng của Nano-silica đến các tính chất của bê tông cường độ cao, Tạp chí Giao thông Vận tải, 9 (2019) 100-104.
[9]. Ngô Văn Thức, Bùi Tiến Thành, Nguyễn Thị Cẩm Nhung, Nghiên cứu ảnh hưởng của Nano-silica đến năng lượng phá hủy của bê tông cường độ cao, Tạp chí Giao thông Vận tải, 11 (2020) 84-87.
[10]. Ngô Văn Thức, Bùi Tiến Thành, Nguyễn Thị Cẩm Nhung, Nguyễn Duyên Phong, Đặng Văn Kiên, Nghiên cứu cường độ dự trữ sau nứt dầm bê tông cường độ cao sử dụng Nano-siliaca, Tạp chí Giao thông Vận tải, 12 (2020) 64-67.
[11]. H. Tada, P.C. Paris, G.R. Irwin, The Stress Analysis of Cracks Handbook, 3rd edition, ASME Press, New York, 2000.
[12]. T.T. Nguyen, J. Yvonnet, Q.Z. Zhu, M. Bornert, C. Chateau, A phase field method to simulate
crack nucleation and propagation in strongly heterogeneous materials from direct imaging of
their microstructure, Eng. Fract. Mech, 139 (2015) 18-39. https://doi.org/10.1016/j.engfracmech.2015.03.045
[13]. Nguyễn Thị Hải Như, Trần Anh Bình, Khảo sát ảnh hưởng của sự phân bố lỗ rỗng tới sự khởi tạo và phát triển vết nứt bằng phương pháp trường pha, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Xây dựng, 5 (2017) 100-107.
[14]. ACI 211.4R-08, Guide for Selecting Proportions for High-Strength Concrete Using Portland
Cement and Other Cementitious Materials, American Concrete Institute, 2008.
[15]. T.T. Nguyen, J. Yvonnet, M. Bornert, C. Chateau, K. Sab, R. Romani, R. Le Roy, On the
choice of parameters in the phase field method for simulating crack initiation with experimental validation, Int. J. Fracture, 197 (2016) 213-226. https://doi.org/10.1007/s10704-016-0082-1
Tải xuống
Chưa có dữ liệu thống kê
Nhận bài
29/05/2021
Nhận bài sửa
08/06/2021
Chấp nhận đăng
25/06/2021
Xuất bản
15/08/2021
Chuyên mục
Công trình khoa học
Kiểu trích dẫn
Vũ Bá, T., Ngô Văn, T., Bùi Tiến, T., Trần Thế, T., & Đỗ Anh, T. (1628960400). Mô phỏng sự hình thành và lan truyền vết nứt trong dầm bê tông cường độ cao có chất kết dính bổ sung nano silica bằng phương pháp phase field. Tạp Chí Khoa Học Giao Thông Vận Tải, 72(6), 672-686. https://doi.org/10.47869/tcsj.72.6.1
