ЭФФЕКТИВНЫЕ УПРУГИЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНЫХ КОМПОЗИТОВ В РАННЕМ ВОЗРАСТЕ
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2024-135-3-31-37Ключевые слова:
цементный камень, бетон, аналитическая и численная гомогенизация, многоуровневая структура, геометрическая формаАннотация
Проблема оценки эффективных упругих свойств цементных композитов в раннем возрасте является одной из важнейших и в то же время сложных проблем технологии бетона. Цементные композиты состоят из большого количества случайно распределенных фаз различной геометрической формы и размеров на каждом из элементарных уровней строения их структуры.
В настоящее время существуют два распространенных подхода к моделированию эффективных упругих свойств цементных композитов – аналитическая и численная гомогенизация. Большинство проведенных исследований эффективных свойств цементных композитов основаны на положениях теории эффективной среды, относящейся к аналитической гомогенизации, в которых все фазы композита рассматривают как сферические включения, что позволяет получить относительно простые расчетные модели для их оценки. Это существенное допущение оказывает влияние на точность прогнозирования свойств, поскольку хорошо известно, что реальная геометрическая форма большинства фаз цементных композитов отличается от сферической. Одним из недостатков теории эффективной среды является то, что решения для несферических включений, могут быть получены только для правильной геометрической формы в виде эллипсоида.
В тоже время одним из преимуществ численной гомогенизации на основе конечно-элементного анализа является возможность определения упругих свойств для произвольной геометрической формы включений.
Данное исследование ориентировано на моделирование эффективных упругих свойств цементных композитов на основе многоуровневой схемы их структуры, используя для их оценки комбинацию аналитической и численной гомогенизации, рассматривая геометрическую форму фаз на каждом элементарном гетерогенном уровне, близкую к их реальной форме в структуре цементных композитов.
Библиографические ссылки
Nilsen, A. U. Concrete: A three phase material / A. U. Nilsen, P. J. M. Monteiro // Cement and Concrete Research. – 1993. – Vol. 23, Iss. 1. – P. 147–151. – DOI: 10.1016/0008-8846(94)90102-3.
Moumen, A. E. Numerical evaluation of the representative volume element for random composites / A. E. Moumen, T. Kanit, A. Imad // European Journal of Mechanics - A/Solids. – 2021. – Vol 86, article 104181. – P. 1–20. – DOI: 10.1016/j.euromechsol.2020.104181.
Dvorak, G. J. Micromechanics of Composite Materials / G. J. Dvorak. – New York : Springer Science & Business Media, 2012. – 460 p. – DOI: 10.1007/978-94-007-4101-0.
Yvonnet, J. Computational Homogenization of Heterogeneous Materials with Finite Elements / J. Yvonnet. – New York : Springer Cham, 2019. – 223 p. – DOI: 10.1007/978-3-030-18383-7.
Zaoui, A. Continuum micromechanics: survey / A. Zaoui // Journal of Engineering Mechanics. – 2002. – Vol 128, Iss. 8. – P. 808–816. – DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9399(2002)128:8(808).
Segura, N. J. Concentration tensors preserving elastic symmetry of multiphase composites / N. J. Segura, B. L. A. Pichler, C. Hellmich // Mechanics of Materials. – 2023. – Vol. 178, article 104555. – P. 1–12. – DOI: 10.1016/j.mechmat.2023.104555.
Kim, M. Differential Scheme Effective Medium Theory for Hot-Mix Asphalt |E*| Prediction / M. Kim, W. G. Buttlar // Journal of Materials in Civil Engineering. – 2011. – Vol. 23, Iss. 1. – P. 69–78. – DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.000002.
Michel, J. C. Effective properties of composite materials with periodic microstructure: a computational approach / J. C. Michel, H. Moulinec, P. Suquet // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 1999. – Vol 172, Iss. 1–4. – P. 109–143. – DOI: 10.1016/S0045-7825(98)00227-8.
Bleyer, J. Numerical Tours of Computational Mechanics with FEniCS / J. Bleyer. – Genève: Zenodo, 2018. – 100 p. – DOI: 10.5281/zenodo.1287832.
Omairey, S. L. Development of an ABAQUS plugin tool for periodic RVE homogenisation / S. L. Omairey, P. D. Dunning, S. Sriramula // Engineering with Computers. – 2019. – Vol 35. – P. 567–577. – DOI: 10.1007/s00366-018-0616-4.
Thermodynamic modelling of the effect of temperature on the hydration and porosity of Portland cement / B. Lothenbach, T. Matschei, G. Möschner, F. P. Glasser // Cement and Concrete Research. – 2008. – Vol. 38, Iss. 1. – P. 1–18. – DOI: 10.1016/j.cemconres.2007.08.017.
Tennis, P. D. A model for two types of calcium silicate hydrate in the microstructure of Portland cement pastes / P. D. Tennis, H. M. Jennings // Cement and Concrete Research. – 2000. – Vol. 30, Iss. 6. – P. 855–863. – DOI: 10.1016/S0008-8846(00)00257-X.
CEMHYD3D: A Three-Dimensional Cement Hydration and Microstructure Development Modelling Package: Version 3.0 : NIST Interagency Internal Report / National Institute of Standards and Technology ; ed. D. P. Bentz – Gaithersburg, 2005. – 227 p. – NISTIR 7232. – DOI: 10.6028/NIST.IR.7232.
Kravchenko, V. V. Modelling of the voxel-based microstructure of the cement paste / V. V. Kravchenko // Vestnik BSTU. – 2024. – Vol 1. – P. 14–18. – DOI: 10.36773/1818-1112-2024-133-1-14-18.
Stora, E. Influence of inclusion shapes on the effective linear elastic properties of hardened cement pastes / E. Stora, Q. C. He, B. Bary // Cement and Concrete Research. – 2006. – Vol. 36, Iss. 7. – P. 1330–1344. – DOI: 10.1016/j.cemconres.2006.02.007.
Sanahuja, J. Modelling elasticity of a hydrating cement paste / J. Sanahuja, L. Dormieux, G. Chanvillard // Cement and Concrete Research. – 2007. – Vol 37, Iss. 10. – P. 1427–1439. – DOI: 10.1016/j.cemconres.2007.07.003.
Sangryun, L. Theoretical study of the effective modulus of a composite considering the orientation distribution of the fillers and the interfacial damage / L. Sangryun, S. Ryu // European Journal of Mechanics - A/Solids. – 2018. – Vol 72. – P. 79–87. – DOI: 10.1016/j.euromechsol.2018.02.008.
Ulm, F. J. Is concrete a poromechanics materials? – A multiscale investigation of poroelastic properties / F. J. Ulm, G. Constantinides, F. H. Heukamp // Materials and Structures. – 2004. – Vol 37. – P. 43–58. – DOI: 10.1007/BF02481626.
Garboczi, E. J. Elastic moduli of a material containing composite inclusions: effective medium theory and finite element computations / E. J. Garboczi, J. G. Berryman // Mechanics of Materials. – 2001. – Vol. 33, Iss. 8. – P. 455–470. – DOI: 10.1016/S0167-6636(01)00067-9.
Rhardane, A. Development of a micro-mechanical model for the determination of damage properties of cement pastes / A. Rhardane, F. Grondin, S. Y. Alam // Construction and Building Materials. – 2020. – Vol. 261, article 120514. – P. 1–30. – DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.120514.
Mura, T. Micromechanics of Defects in Solids / T. Mura. – Second edition. – Dordrecht : Springer, 1987. – 588 p. – DOI: 10.1007/978-94-009-3489-4.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
