Detail projektu

Development and implementation of a simulation framework for quasi-ductile composites combining short fibers and aligned continuous reinforcement

Období řešení: 01.01.2010 — 31.12.2012

Zdroje financování

Grantová agentura České republiky - Mezinárodní projekty

- plně financující (2010-01-01 - nezadáno)

O projektu

Recent developments in the field of cementitious composites, reinforced with short fibers (engineered cementitious composites, ferrocement) or continuous reinforcement (traditional steel-reinforced concrete, textile reinforced concrete) and especially the combination of both, have led to remarkable improvements of the load-carrying behavior in terms of increased strength and ductility. In spite of promising results achieved by combining randomly distributed short fibers and aligned continuous reinforcement the targeted design of high-performance composite structures for general loading conditions is still not possible. The goal is to provide a multi-scale modeling framework in order to streamline this development. The key idea is an innovative bridging between micro and macro scale by applying the crack-centered homogenization technique transforming the statistical representation of the material structure into smeared, directionally dependent damage functions that describe the inelastic behavior within a representative volume element. The obtained specification of the damage evolution can then be conveniently applied within the anisotropic damage model including initial anisotropy. The micromechanically and statistically supported damage model will be used for finite-element simulations of thin-walled surface and shell structures. The validity and feasibility of the modeling framework shall be demonstrated on existing structures and also on innovative structural elements.

Popis česky
Současný vývoj na poli cementových kompozitů vyztužených krátkými vlákny (tzv. „engineered cementitious composites“, drátkobeton) nebo průběžnou výztuží (tradiční železobeton, textilní beton) a zejména kombinace obou vedl k mimořádnému zlepšení odezvy ve smyslu zvýšené pevnosti a duktility. I přes slibné výsledky dosažené kombinací náhodně rozptýlených vláken a strukturované průběžné výztuže je zacílený návrh vysokohodnotných kompozitních konstrukcí pro obecné zatížení stále nemožný. Cílem předloženého návrhu je poskytnout více-škálovou simulační platformu, která zefektivní vývoj kompozitů. Klíčovou myšlenkou je inovativní propojení mezi mikro úrovní a makro úrovní s použitím homogenizační techniky soustředěné na trhlinu. To transformuje statistickou reprezentaci materiálové struktury do rozetřených a směrově závislých funkcí poškození, které popisují neelastické chování uvnitř reprezentativního objemu materiálu. Získaná směrově závislá specifikace vývoje poškození pak může být s výhodou použita pro anizotropní model poškození s počáteční anizotropií. Vyvinutý model poškození, podepřený mikromechanikou a statistikou, bude použit pro simulace tenkostěnných plošných a skořepinových konstrukcí pomocí metody konečných prvků. Správnost a proveditelnost modelovacího přístupu zahrnujícího pravděpodobnostní vyhodnocením bude demonstrována na reálných příkladech jak existujících konstrukcí, tak inovativních konstrukčních prvků.

Klíčová slova
modelování materiálu;více-škálová simulace;anizotropní poškození;cementové kompozity s průběžnou výztuží;cementové kompozity s krátkou výztuží;simulace náhodných polí;stochastický model přemostění trhliny;modely svazků vláken

Označení

GCP105/10/J028

Originální jazyk

angličtina

Řešitelé

Vořechovský Miroslav, prof. Ing., Ph.D. - hlavní řešitel
Chudoba Rostislav, Ing., Ph.D. - spoluřešitel

Útvary

Ústav stavební mechaniky
- příjemce (01.01.2010 - nezadáno)

Výsledky

VOŘECHOVSKÝ, M.; ELIÁŠ, J. Mesh size dependency and related aspects of lattice models. In Tenth International Conference on Computational Structures Technology. Valencie, Španělsko: 2010. p. 268-288. ISBN: 978-1-905088-38-6.
Detail

ELIÁŠ, J.; FRANTÍK, P.; VOŘECHOVSKÝ, M. Improved sequentially linear solution procedure. Engineering Fracture Mechanics, 2010, vol. 77, no. 12, p. 2263-2276. ISSN: 0013-7944.
Detail

ELIÁŠ, J.; VOŘECHOVSKÝ, M. The effect of mesh density in lattice models for concrete with incorporated mesostructure. Key Engineering Materials (web), 2012, vol. 488-489, no. 29, p. 29-32. ISSN: 1662-9795.
Detail

CHUDOBA, R.; VOŘECHOVSKÝ, M.; RYPL, R. Identification of the effective bundle length in a multifilament yarn from the size effect response. JOURNAL OF COMPOSITE MATERIALS, 2011, vol. 45, no. 25, p. 70-78. ISSN: 0021-9983.
Detail

VOŘECHOVSKÝ, M.; SADÍLEK, V. Probabilistic determination of the number of fibers bridging a crack in short fiber reinforced composites. Bulletin of Applied Mechanics, 2011, vol. 7, no. 26, p. 21-25. ISSN: 1801-1217.
Detail

VOŘECHOVSKÝ, M.; SADÍLEK, V.; RYPL, R.; CHUDOBA, R. Probabilistic modeling of the crack bridge performance in short fiber reinforced composites. Luxor: 2011. p. 237-245.
Detail

KADĚROVÁ, J.; VOŘECHOVSKÝ, M. Multi-filament yarns testing for textile-reinforced concrete. In Model Validation and Simulation: Graduate Courses for Structural Engineering Applications. Schriftenreihe des Instituts für Konstruktiven Ingenieurbau der Bauhaus-Universität Weimar. Weimar, Germany: Bauhaus-Universität Weimar, 2012. p. 99-104. ISBN: 978-3-86068-502-0.
Detail

KADĚROVÁ, J.; VOŘECHOVSKÝ, M. Multi-filament yarns testing for textile-reinforced concrete. In XIIIth Bilateral Czech/German Symposium. Telč, Česká republika: Czech Technical University in Prague, Faculty of Transportation Sciences, 2012. p. 43-46. ISBN: 978-80-01-05062-0.
Detail

TEPLÝ, B.; VOŘECHOVSKÁ, D. Reinforcement corrosion: Limit states, reliability and modelling. Journal of Advanced Concrete Technology, 2012, vol. 10, no. 2, p. 353-362. ISSN: 1347-3913.
Detail

VOŘECHOVSKÝ, M.; ELIÁŠ, J. Relation between structural size and the discretization density of brittle homogeneous lattice models. Key Engineering Materials (web), 2012, vol. 2013, no. 525-526, p. 485-488. ISSN: 1662-9795.
Detail

RYPL, R.; CHUDOBA, R.; VOŘECHOVSKÝ, M. Stochastic cracking of brittle matrix composites with heterogeneous reinforcement. In 5th International Conference on Reliable Engineering Computing. Brno, Česká republika: 2012. p. 469-482. ISBN: 978-80-214-4507-9.
Detail

RYPL, R.; CHUDOBA, R.; VOŘECHOVSKÝ, M. Stochastic cracking of composites with heterogeneous reinforcement. In FERRO 10,10th International Symposium on Ferrocement and thin reinforced cement composites. Havana, Cuba: 2012. p. 279-289. ISBN: 978-959-247-098-9.
Detail

RYPL, R.; CHUDOBA, R.; HEGGER, J.; VOŘECHOVSKÝ, M. Multiple cracking development in composites with heterogeneous reinforcement. Brussel, Belgie: 2012. p. 1-8.
Detail

SADÍLEK, V.; CHUDOBA, R.; VOŘECHOVSKÝ, M.; RYPL, R. SPIRRID -- tool for estimation of statistical characteristics of function with multivariate random inputs. In Advances in Mathematical and Computational Methods. Advances in Mathematical and Computational Methods. Sliema, Malta: WSEAS Press, 2012. p. 275-280. ISBN: 978-1-61804-117-3. ISSN: 2227-4588.
Detail

Odpovědnost: Vořechovský Miroslav, prof. Ing., Ph.D.