Численное моделирование динамики и прочности железобетонной плиты под воздействием воздушной ударной волны

  • Сергей Михайлович Герцик ООО «Центр компетенций и обучения»
  • Юрий Владиславович Новожилов АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс»
  • Дмитрий Сергеевич Михалюк АО «Центр инженерно-физических расчетов и анализа»
Ключевые слова: железобетонная плита, Blind Blast Test, шатровая модель, разрушение, ударная волна, трещины, численное моделирование, LS-DYNA, модель бетона CSCM

Аннотация

Рассматривается процесс деформирования и разрушения железобетонной плиты при воздействии воздушной ударной волны. При постановке задачи за основу берутся данные публичного эксперимента “Blind Blast Test”. Нагружение плиты производится путем подрыва взрывчатого вещества в ударной трубе. Количественно и качественно оцениваются результаты вычислений и эксперимента. Количественное сравнение проводится для истории перемещения ключевых точек конструкции в процессе деформирования. Качественное сравнение заключается в сопоставлении фотографий разрушений реальной железобетонной плиты и распределения поля поврежденности, полученного в результате расчетов. Численное моделирование осуществляется в пакете LS-DYNA, используется метод конечных элементов с явной схемой интегрирования по времени. Для материала бетона применяется модель CSCM (Continuous Surface Cap Model - шатровая модель с непрерывной предельной поверхностью), в которой полагается, что материал является изотропным, обладает трехинвариантной поверхностью текучести. Прочностные характеристики материала зависят от скорости нагружения, а его поврежденность рассматривается отдельно для сжимающих и растягивающих нагрузок, что позволяет учитывать частичное восстановление прочности при сжатии. В статье приводится математическое описание данной модели. Металлическое армирование бетонной плиты представляется в явном виде при помощи балочных конечных элементов. Конечно-элементные сетки массива бетона и армирующих элементов связываются между собой посредством кинематических зависимостей, автоматизировано создаваемых расчетным кодом. Свойства материала арматуры задаются в рамках классической упругопластической теории течения с учетом критерия предельных состояний в форме Губера-Мизеса, отображающего вязко-пластические эффекты. Изучается влияние граничных условий, практическая сеточная сходимость, способность математической модели предсказывать расположение зон разрушения материала, перемещения и деформации конструкции.

Литература


  1. https://www.dynamore.de/de/download/papers/ 2014-ls-dyna-forum/documents/simulationsmethodik-iii/ blind-blast-simulationa-a-validation-effort-assessment (дата обращения 03.05.2020).

  2. Murray Y.D. User Manual for LS_DYNA Concrete Material Model 159. Publication No. FHWA_HRT_05_062. The Federal Highway Administration (FHWA), 2007. 89 p.

  3. Murray Y.D., Abu-Odeh A., Bligh R. Evaluation of LS-DYNA Concrete Material Model 159. Publication No. FHWA_HRT_05_063. The Federal Highway Administration (FHWA), 2007. 206 p.

  4. Мкртычев О.В., Андреев М.И. Численные исследования прочности бетонных цилиндров на сжатие // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений.2019. Т. 15, № 6. C. 433-437. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-6-433-437

  5. Sharath R., Arumugam D., DhanasekaranB., Subash T.R. Numerical modeling of “concrete response” to high strain rate loadings // Proc. of the 11 European LS-DYNA conf. Salzburg, Austria, May 9-11, 2017. 11 p.

  6. Pachocki L., Wilde K. Numerical simulation of the influence of the selected factors on the performance of a concrete road barrier H2/W5/B // MATEC Web Conf. 2018. Vol. 231. 01104. https://doi.org/10.1051/matecconf/201823101014

  7. Olmati P., Trasborg P., Naito C., Sgambi L., Bontempi F. Modeling the response of concrete slabs under blast loading // Journal of the American Concrete Institute. 2016. https://www.researchgate.net/ publication/303025654_Modeling_the_Response_of_Concrete_Slabs_Under_Blast_Loading (дата обращения 27.09.2020).

  8. ASTM A615 Standard specification for deformed and plain billet steel bars for concrete reinforcement. ASTMInternational, 1992. 4 p.

  9. LS-DYNA®Theory manual. LSTC, 2018. 884 p. http://lsdyna.ru/documents/

  10. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988. 712 c.

  11. Определяющие законы механики грунтов / Под ред. В.А. Николаевского. М.: Мир, 1975. 231 с.

  12. Malvar L.J., Crawford J.E. Dynamic increase factors for steel reinforcing bars //Proc. of the 28th Department of Defense Explosives Safety Seminar. 28thDDESB Seminar. Orlando, Florida, USA, August 18-20, 1998.

  13. Chen H. An Introduction to *CONSTRAINED_BEAM_IN_SOLID // FEA Information Engineering Journal. 2017. No. Q1(6). P. 14-18.

  14. LS-DYNA® Keyword user's manual. Volume II. Material models. Version R10.0. LSTC, 2017. 1682 p. http://lsdyna.ru/documents/

  15. Jiang H., Zhao J. Calibration of the continuous surface cap model for concrete // Finite Elem. Anal. Des.2015. Vol. 97.
    P. 1-19. https://doi.org/10.1016/j.finel.2014.12.002

  16. Schwer L. Blind blast simulation simple input concrete modeling. https://www.dynamore.de/de/download/papers/2014-ls-dyna-forum/dynamore/de/download/papers/2014-ls-dyna-forum/documents/simulationsmethodik-iii/blind-blast-simulationa-a-validation-effort-assessment(дата обращения 27.09.2020).

Опубликован
2020-09-30
Как цитировать
Герцик, С. М., Новожилов, Ю. В., & Михалюк, Д. С. (2020). Численное моделирование динамики и прочности железобетонной плиты под воздействием воздушной ударной волны. Вычислительная механика сплошных сред, 13(3), 298-310. https://doi.org/https://doi.org/10.7242/1999-6691/2020.13.3.24
Раздел
Статьи