Concrete failure simulation method based on discrete element method

直剪试验 材料科学 结构工程 离散元法 聚结(物理) 剪切(地质) 级配 断裂力学 复合材料 机械 工程类 计算机科学 计算机视觉 天体生物学 物理
作者
Pingming Huang,Xupeng Pan,Yue Niu,Lifei Du
出处
期刊:Engineering Failure Analysis [Elsevier BV]
卷期号:139: 106505-106505 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.engfailanal.2022.106505
摘要

This paper improves the method of high-efficiency calibrating the meso-parameters considering the concrete aggregate gradation, and carries out numerical simulations of four-point bending strength test and direct shear strength test on concrete beams. Firstly, unconfined uniaxial compression test carried out to calibrate the meso-parameters of C40 concrete based on DEM. Secondly, the accuracy of the numerical model is verified according to the stress-strain curve and failure morphology of concrete prism. Finally, the crack propagation and load-displacement curves of concrete beams under four-point bending strength test and direct shear strength test were analyzed. The result show as follow: ① The DEM numerical model which take into account the concrete as a three-phase composite material can well realize the mechanical property of concrete. The display of force chains and micro-cracks greatly contributes to the concrete failure mechanism. ② The numerical model is generated by the random distribution of particles, which shows the characteristics of concrete heterogeneity, and defines the contact model between particles with parallel bond model (PBM). Compared with the numerical simulation and experiment results, the error is within 10.4%; ③ In four-point bending strength test, the crack initiates from the bottom edge of the beam and propagates upward. With the increase and coalescence of micro-cracks, only one concentrated, wide and long macro-crack is formed; In direct shear strength test, however, the high shear stress of two shear surfaces resulted in the generation of cracks. With the one side crack coalescence, the other side of crack initiate follow, and finally two coalescence macro-cracks are formed.

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