Simulations of fracture in concrete elements using continuous and discontinuous models

Abstract

The paper presents results of numerical simulations of fracture in concrete using two different approaches. First, fracture was modelled in a smeared way by an elasto-plastic and a damage continuum model. In elasto-plasticity, a Rankine criterion was used. The degradation of the stiffness in the damage model was described as a scalar variable of an equivalent strain measure. To ensure mesh-independent results, a non-local theory was used. Second, fracture was simulated as discontinuities with the aid of cohesive elements and Extended Finite Element Method (XFEM). The experimental benchmark test for concrete by Nooru-Mohamed under mixed mode conditions was modelled. The obtained numerical results were compared with the corresponding experimental ones.

W pracy przedstawiono wyniki symulacji numerycznych MES pękania w betonie z wykorzystaniem dwóch różnych podejść. Po pierwsze, zastosowano ciągły (przesmarowany) opis rys w teorii plastyczności oraz model degradacji modułu sprężystości z różnymi opisami odkształcenia zastępczego w ramach kontynualnej mechaniki uszkodzeń. Oba prawa rozszerzono o długość charakterystyczną mikrostruktury w ramach teorii nielokalnej w celu uzyskania wyników niezależnych od siatki MES. Po drugie, jako alternatywę do symulacji propagacji rys zastosowano nieciągły opis pola przemieszczeń, wykorzystując elementy kohezyjne oraz rozszerzoną metodę elementów skończonych XFEM. Przeprowadzono symulacje numeryczne testu Nooru-Mohamada z jednoczesnym rozciąganiem i ścinaniem betonu. Uzyskane wyniki numeryczne porównano z wynikami doświadczalnymi.