توضیحات

مدل سازی بتن در آباکوس

دوره “مدل‌سازی بتن در آباکوس” یک دروه آموزشی تخصصی است که بر مدل‌سازی و شبیه‌سازی سازه‌های بتنی با استفاده از نرم‌افزار تحلیل اجزای محدود آباکوس تمرکز دارد. این دوره برای ارائه درک جامعی از رفتار مصالح بتنی، تکنیک‌های مدل‌سازی و روش‌های تحلیل در محیط آباکوس طراحی شده است.

بتن یکی از اصلی‌ترین مصالح مورد استفاده در صنعت عمران است. این مصالح مرکب که جزء اصلی آن سیمان است، دارای خواصی مانند قیمت پایین، دسترسی به مواد اولیه و دوام نسبتا بالا است.

برای اطمینان از استحکام و ایمنی کافی سازه‌های بتنی، لازم است از کدها و استانداردهای معتبر استفاده شود. برخی از آن‌ها استفاده از تحلیل اجزای محدود (FEA) را برای اطمینان بیشتر توصیه می‌کنند. این به این دلیل است که رفتار غیرخطی بتن همیشه با استفاده از فرمول‌های استاندارد ساده قابل پیش‌بینی نیست.

مدل سازی مواد بتنی

در آباکوس، چندین مدل ماده برای پیش‌بینی رفتار مکانیکی و خرابی بتن و آرماتور وجود دارد. مدل‌سازی صحیح سازه‌های بتنی نه تنها به خواص مصالح آن، بلکه به تعامل بتن و آرماتور، نوع المان‌ها و بارها و غیره نیز بستگی دارد.

مدل پلاستیک آسیب بتن (CDP) به طور گسترده برای شبیه‌سازی رفتار بتن تحت بارگذاری فشاری و کششی استفاده می‌شود. این مدل رفتار غیرخطی بتن، از جمله ترک‌خوردگی کششی، فشردگی و تغییر شکل پلاستیک را در نظر می‌گیرد. مدل ماده CDP هم در Abaqus/Standard که یک کد تحلیل ضمنی است و هم در Abaqus/Explicit که یک کد تحلیل دینامیک صریح است، در دسترس است.

محاسبه‌گر آسیب پلاستیک بتن

یکی از ابزارهای مورد نیاز برای طراحی سازه‌های بتنی برای مهندسین کاربردی آباکوس، محاسبه‌گر آسیب پلاستیک بتن است که برای محاسبه ضرایب و پارامترهای مدل ماده پلاستیک آسیب بتن (CDP) استفاده می‌شود. برای راحتی مهندسان کاربردی آباکوس، شرکت تحقیق و توسعه بنوموسی یک فایل اکسل (*.xls) برای محاسبه این پارامترها توسعه داده است. با وارد کردن تنها ۲ پارامتر، تمام پارامترهای لازم برای وارد کردن مدل ماده CDP تولید می‌شود و می‌تواند به راحتی به آباکوس وارد شود. خبر خوب این است که این ابزار به صورت رایگان در این آموزش گنجانده شده است.

علاوه بر این، پلاگین قدرتمند MatLib می‌تواند برای این کار استفاده شود. این یک کتابخانه از خواص مکانیکی مواد برای مهندسان کاربردی آباکوس است.

آنچه یاد خواهید گرفت:

در این ویدیوی آموزشی آباکوس، با مدل‌های مصالح بتنی در آباکوس آشنا خواهید شد و پارامترهای مصالح آن‌ها را تعیین خواهید کرد. نحوه مدل‌سازی آسیب در بتن، حالت‌های آسیب آن، انتخاب المان مناسب مطابق با تحلیل، مدل‌سازی و روش‌های مختلف آن بخشی از مواردی است که در مدل‌سازی بتن در آباکوس یاد خواهید گرفت.

خلاصه دوره

1.رفتار بتن

2.مدل‌های مصالح بتنی در آباکوس

• مدل ترک‌خوردگی شکننده
• پلاستیک آسیب بتن (CDP)
• مدل بتن هلمکوئیست-جانسون-کاک (HJC) (مدل داخلی نرم‌افزار)
• ترک‌خوردگی پخش‌شده بتن

3.مدل‌سازی رشد ترک و آسیب در بتن

• تعریف پارامترهای آسیب بتن
• خواص مکانیکی و آسیب بتن
• حالت‌های آسیب بتن

4.انواع المان‌های بتن

بررسی انواع مختلف المان‌های مناسب برای مدل‌سازی سازه‌های بتنی، مانند المان‌های پیوسته، پوسته‌ای یا تیر.درک مزایا، محدودیت‌ها و کاربردهای مناسب آن‌ها.

5.روش‌های تقویت بتن

6.المان‌های تعبیه‌شده

7.لایه آرماتور

8.پیش‌تنیدگی در آرماتور

9.تکنیک‌های مش‌بندی

• یادگیری استراتژی‌های موثر مش‌بندی برای سازه‌های بتنی، از جمله در نظر گرفتن اندازه المان، ریزسازی و در نظر گرفتن رفتار غیرخطی موضعی.

10.شرایط مرزی و بارگذاری

• درک نحوه اعمال شرایط مرزی و سناریوهای بارگذاری مناسب برای شبیه‌سازی رفتار واقعی سازه‌های بتنی.

11.انواع تحلیل و روش‌شناسی

• کسب بینش در مورد انواع مختلف تحلیل، از جمله تحلیل استاتیک، دینامیک و غیرخطی، و یادگیری نحوه انتخاب روش‌های مناسب برای سازه‌های بتنی.

12.پس‌پردازش و تفسیر نتایج

• کسب مهارت در پس‌پردازش و تفسیر نتایج شبیه‌سازی، مانند توزیع تنش، جابجایی، انتشار ترک و مکانیزم‌های خرابی.

مدل‌سازی بتن در آباکوس: مثال‌ها و کارگاه‌ها

کارگاه ۱: تیر بتن مسلح تحت بارگذاری یکنواخت

در این کارگاه، یک تیر بتن مسلح به طول ۶ متر با مقطع مستطیلی ۰.۵ متر در ۰.۳ متر را تحت بارگذاری یکنواخت ۳۳ کیلو نیوتن بر متر قرار می‌دهیم. تیر یک تیر ساده با دهانه‌های کنسولی است که در شکل نشان داده شده است. تکیه‌گاه‌ها ۰.۵ متر از انتهای تیر قرار دارند. طراحی تیر، آرماتورگذاری و شرایط بارگذاری صرفاً برای اهداف آموزشی است.

در این کارگاه، تحلیل با دو حلگر استاتیک و دینامیک صریح انجام می‌شود و نتایج با یکدیگر مقایسه می‌شوند. همچنین، الزامات انجام یک تحلیل شبه استاتیک با یک حلگر دینامیک صریح در این کارگاه معرفی و آزمایش می‌شود.

کارگاه ۲: اسلب بتن مسلح تحت بارگذاری انفجار

ساختمان‌ها معمولاً باید در برابر بارهای متداول مانند بارهای مرده (مانند وزن خود سازه) و بارهای زنده (مانند باد یا برف) که در کدهای طراحی ساختمان و دستورالعمل‌های توصیه‌شده پیشنهاد شده است، مقاومت کنند. با این حال، در شرایط غیرعادی، سازه‌ها ممکن است تحت بارگذاری‌های غیرمعمولی مانند انفجار قرار بگیرند. در برخی موارد، خود سازه باید به گونه‌ای طراحی شود که به عنوان یک مانع محافظ برای مقاومت در برابر بارهای انفجار عمل کند. در این موارد، پیش‌بینی نحوه شکست، جدا شدن یا فرو ریختن سازه بسیار مهم است.

در این کارگاه، یک اسلب بتن آرمه را تحت بارگذاری انفجار قرار می‌دهیم و رفتار ترک‌خوردگی و تغییر شکل آن را شبیه‌سازی می‌کنیم.

Abaqus/Explicit برای پیش‌بینی تغییر شکل و فرو ریختن اسلب ناشی از انفجار استفاده می‌شود. مدل ماده پلاستیک آسیب بتن در آباکوس برای این تحلیل استفاده می‌شود و آرماتور با استفاده از قیدهای المان تعبیه‌شده تعریف می‌شود. اسلب تحت تغییر شکل شدید ناشی از انفجار قرار می‌گیرد و چندین المان بتنی در اسلب آسیب دیده و خراب می‌شوند. المان‌های خراب شده به طور خودکار در طول تحلیل با استفاده از گزینه شکست بتن در آباکوس حذف می‌شوند.

کارگاه ۳: پل بتنی تحت بارگذاری انفجار و بررسی اثر جلیقه‌های کامپوزیتی FRP

در این کارگاه، پایه یک پل بتنی تحت بار انفجاری قرار می‌گیرد و اثر جلیقه کامپوزیتی FRP بر استحکام سازه و آسیب آن بررسی می‌شود. بار انفجاری در زوایای و فاصله‌های مختلف از پایه پل قرار داده می‌شود تا بیشترین تأثیر آن بر مقاومت سازه اندازه‌گیری شود.

جلیقه کامپوزیتی با دو نوع گرافیت اپوکسی و شیشه اپوکسی تحت بررسی قرار می‌گیرد. همچنین، اثر بار ترافیک خودرو بر مقاومت سازه در حین انفجار در حالت‌های مختلف بررسی می‌شود.

برای تأیید و اعتبارسنجی (V&V) این پروژه، مدل ارائه شده در مقاله سیلوا و لو (2007) ساخته شده و نتایج آن با نتایج مقاله مقایسه شده است. نتایج با دقت خوبی تأیید شده است. نتایجی مانند مقدار جابجایی و حالت آسیب با نتایج مقاله سیلوا و لو مقایسه شده است.

کارگاه ۴: تحلیل حرارتی و مکانیکی سقف‌های کامپوزیتی تحت آتش استاندارد

در این کارگاه، دمای و رفتار مکانیکی سقف کامپوزیتی تحت بار آتش استاندارد ISO 834  با استفاده از نرم‌افزار آباکوس ارزیابی شد. برای اطمینان از صحت نتایج، از مقاله لی، ژانگ و جیانگ (2017) استفاده شد. میزان افزایش دما در قسمت‌های مختلف سقف بتنی و میزان جابجایی ناشی از بارهای استاتیک با نتایج این مقاله مقایسه و تأیید شد. در این کارگاه، با چالش‌های مدل‌سازی و تحلیل آتش‌سوزی سقف‌های بتنی آشنا خواهید شد و ترفندهای لازم برای حل آن‌ها پیشنهاد می‌شود.