Модель деформирования бетона

[builder_engineer 0]

Доброго времени суток. Возникла необходимость задания своей модели деформирования материала (бетон) в ANSYS, c дальнейшим расчетом элементов конструкций. Создана математическая модель и критерий прочности. Для реализации планируется использовать usermat. Возникла следующая проблема: обновление связи ANSYS с usermat после внесения в него изменений. Штудирование help-a, руководства для программирования apdl для ansys результатов не дали. Заранее благодарю.   

[soklakov 1 475]

Возникла следующая проблема: обновление связи ANSYS с usermat после внесения в него изменений.

Что имеется в виду под внесением изменений?

Вы процедуру скомпилировали?

[Fedor 1 597]

Там же основная часть деформации - ползучесть....

[builder_engineer 0]

Там же основная часть деформации - ползучесть....

Ползучесть бетона учитывается только при длительном воздействии нагрузки. Пока планируется учитывать только кратковременное поведение материала.

[soklakov 1 475]

Пока планируется учитывать только кратковременное поведение материала.

К Вашей проблеме это вряд ли имеет отношение, но было бы интересно, если бы Вы в двух словах описали, что необычного Ваша модель учитывает.

[builder_engineer 0]

 

Возникла следующая проблема: обновление связи ANSYS с usermat после внесения в него изменений.

Что имеется в виду под внесением изменений?

Вы процедуру скомпилировали?

 

 

 

Возникла следующая проблема: обновление связи ANSYS с usermat после внесения в него изменений.

Что имеется в виду под внесением изменений?

Вы процедуру скомпилировали?

 

Файл usermat полностью пока не перерабатывал. Разобрался пока со структурой и матчастью. Чтобы проверить есть ли последствия от его изменений в результате расчета в ansys, в структуре файла умножил коэффициент Пуассона (prop(2)) на 2. В TB, USER коэффициенту Пуассона назначил величину 0.1. Т.е. в результате расчета отношение поперечных деформаций образца к продольным должно составить 0.2. Естсественно этого не произошло. Почитав литературку, понял, что необходимо скомпилировать данный файл и произвести обновление связи с ANSYS (relink). Здесь уже возникли сложности. Опыт программирования небольшой (в основном простенькие программки на Паскале и Делфи. Компиляцию с помощью Force 2.0 произвел. А дальше оказался в тупике. Работаю над диссертацией по созданию модели поведения бетона при сложных напряженных состояниях, в т.ч. и ползучести. Есть масса экспериментальных данных по кратковременному поведению при различных НДС бетона и уже создана модель показывающая лучшую сходимость с экспериментом нежели теория течения и прочие модели. Для ее тестирования и необходим ANSYS.

[builder_engineer 0]

 

Пока планируется учитывать только кратковременное поведение материала.

К Вашей проблеме это вряд ли имеет отношение, но было бы интересно, если бы Вы в двух словах описали, что необычного Ваша модель учитывает

Спасибо за проявленный интерес. Тут в двух словах не описать... но попробую. Большинство зарубежных ученых при создании моделей поведения материала руководствуются теорией течения. Т.е. имеется некоторая поверхность нагружения по форме напоминающая (а чаще всего эквивалентная) предельной поверхности прочности (совокупности точек в пространстве напряжений, отвечающих разрушению материала при том или ином соотношении главных напряжений). Устанавливается связь между напряжениями (чаще всего интенсивности касательных или главных напряжений) и деформациями (интенсивности деформаций) из эксперимента на одноосное сжатие. Затем для конкретного вида напряженного состояния устанавливается уровень приращений деформаций в зависимости от приращений напряжений. Производится раскладка приращений напряжений напряжений по главным направлений в зависимости от величины производных поверхности по данным направления. Основными недостатками моделей построенных с применением теории течения являются: форма поверхности течения остается неизменной (обработка экспериментов показала, что это не так); материал при гидростатическом сжатии работает упруго (опять же при обработке экспериментов было выявлено, что при трехосном сжатии проявляется нелинейная работа бетона). В разрабатываемой новой модели присутствую две основные функции связи напряжений и деформаций: в зависимости от среднего напряжения (устанавливается из эксперимента на равномерное трехосное сжатие) и интенсивности касательных напряжений (из эксперимента на чистый сдвиг).

[Fedor 1 597]

Ну это около 15 % против 2-3 разов при ползучести в компонентах деформации. В пределах ошибки ...

Так при теориях прочности и рассматривается обычно гидростатическое давление и функция второго инварианта тензора напряжений - или среднего касательного напряжения, как показал Новожилов.  В любом случае при построении теорий прочности используют инварианты тензора напряжений, чтобы не зависеть от систем координат.  Теория течения это по существу инкриментальная теория или в приращениях.  У Ильюшина есть теорема, что при простом нагружении она совпадает с деформационными теориями пластичности .

 

"В разрабатываемой новой модели присутствую две основные функции связи напряжений и деформаций: в зависимости от среднего напряжения (устанавливается из эксперимента на равномерное трехосное сжатие) и интенсивности касательных напряжений (из эксперимента на чистый сдвиг)."  Так отсечка при всестороннем сжатии обыкновенное дело в теориях прочности. Особенно для бетона. Это и в Ansys есть.  Думаю, что логичнее через подобные предельные кривые логичнее отображать все-таки на единую кривую ...  Хотя что-то подсказывает, что если бетонный куб опустить в Мариинскую впадину, а потом достать, ничего с ним не случитcя  :)

[builder_engineer 0]

Ну это около 15 % против 2-3 разов при ползучести в компонентах деформации. В пределах ошибки ...

Так при теориях прочности и рассматривается обычно гидростатическое давление и функция второго инварианта тензора напряжений - или среднего касательного напряжения, как показал Новожилов.  В любом случае при построении теорий прочности используют инварианты тензора напряжений, чтобы не зависеть от систем координат.  Теория течения это по существу инкриментальная теория или в приращениях.  У Ильюшина есть теорема, что при простом нагружении она совпадает с деформационными теориями пластичности .

 

"В разрабатываемой новой модели присутствую две основные функции связи напряжений и деформаций: в зависимости от среднего напряжения (устанавливается из эксперимента на равномерное трехосное сжатие) и интенсивности касательных напряжений (из эксперимента на чистый сдвиг)."  Так отсечка при всестороннем сжатии обыкновенное дело в теориях прочности. Особенно для бетона. Это и в Ansys есть.  Думаю, что логичнее через подобные предельные кривые логичнее отображать все-таки на единую кривую ...  Хотя что-то подсказывает, что если бетонный куб опустить в Мариинскую впадину, а потом достать, ничего с ним не случитcя  :)

Ну насчет теории течения она дает хорошую сходимость, применительно к бетону, только при углах вида напряженного состояния 0 и 60 градусов (т.е. когда два из главных нормальных напряжений равны между собой). При других видах НДС (например случай двухосного неравномерного сжатия) результаты не очень. Это связано с тем что перпендикуляр к поверхности нагружения, в девиаторной плоскости, сразу не совпадает с направлением вектора напряжений на этой плоскости, что должно проявляться только при начале макротрещинообразования (уровень примерно 80% от разрушения). До этого уровня ввиду постоянства коэффициента Пуассона угол вида напряженного состояния по напряжениям и деформациям должен совпадать. По поводу Марианской впадины: то давление на образец составит примерно 100МПа, что для некоторых типов современных высокопрочных бетонов даже не превысит прочность на одноосное сжатие (мы получали призменную прочность равной 110МПа. Разрушения образца при гидростатическом действии нагрузки (естественно в разумных пределах, сингулярность сформировать мы не стремимся:)  ),однако протекают пластические деформации, которые теория течения не учитывает ввиду незамкнутости поверхности течения на гидростатической оси в области сжимающих напряжений. В литературных источниках встречаются предложения по решению этого вопроса, однако дальше предложений дело не пошло.

И все таки хотелось бы получить ответ по поводу usermat. Каков порядок процедуры его использования после внесенных изменений?

[soklakov 1 475]

Каков порядок процедуры его использования после внесенных изменений?

Компиляцию с помощью Force 2.0 произвел. А дальше оказался в тупике.

Где-то здесь Вам все равно так или иначе крутиться придется. Вы спрашиваете порядок процедуры, но Вы уже нашли соответствующий раздел в справке. Остается внимательно читать и выполнять, решая постепенно всплывающие проблемы.

 

По модели:

1. Я так понимаю одним из основных отличий является изменение формы поверхности текучести. В Ansys такой модели нет. Интересует Ваше мнение по следующему вопросу: изменять поверхность текучести в ходе нагружения - идея не новая (десятки лет), но до сих пор толком не имеет численной реализации. Как Вам кажется, почему?

2. 

однако протекают пластические деформации, которые теория течения не учитывает ввиду незамкнутости поверхности течения на гидростатической оси в области сжимающих напряжений.

Расширенная модель Друкера-Прагера в Ansys позволяет описывать шатровые поверхности текучести. То есть как раз замкнуть поверхность в области всестороннего сжатия. Вы ведь в курсе?

[Fedor 1 597]

"Это связано с тем что перпендикуляр к поверхности нагружения, в девиаторной плоскости, сразу не совпадает с направлением вектора напряжений на этой плоскости, что должно проявляться только при начале макротрещинообразования " - в модели Друкера - Прагера есть еще один угол в Ansys который позволяет корректировать угол. Где-то было как его можно корректировать для грунтов. Вроде в хелпе к плаксе :) 

Точность любых теорий прочности около 10-15% как показали опыты Прандтля.  ... :)

Увязнем в бессмысленных экспериментах если будем менять поверхность течения. По моему проще управлять отображением на единую кривую. СНИПы все равно никто всерьез переписывать не будет. Как и еврокоды...

Бетон вообще-то скорее хрупкий материал, железобетон нет...  

[builder_engineer 0]

По модели: 1. Я так понимаю одним из основных отличий является изменение формы поверхности текучести. В Ansys такой модели нет. Интересует Ваше мнение по следующему вопросу: изменять поверхность текучести в ходе нагружения - идея не новая (десятки лет), но до сих пор толком не имеет численной реализации. Как Вам кажется, почему?

Вероятно из-за сложной математической формы полученных выражений. Слишком громоздкие формулы, т.к. помимо обязательного пересечения предельной поверхности контрольных точек, устанавливаемых из испытаний на одно-, двух-, трехосное сжатие, растяжение или их комбинации, необходимо обеспечить плавность пересечения образующих кривых. В принципе возможно, подобное выполнял с функцией криволинейной интерполяции (девиаторной кривой поверхности). Так же ввиду недостаточного количества экспериментальных данных (в основном авторы таких исследований ограничивались определенной областью НДС и при сопоставлении результатов разных авторов накладывается различие в методике, проведенных экспериментов, систем измерений и т.д.). Кроме того, в основном теория течения для бетона получила свое развитие за рубежом, а тамошние исследователи ориентируют свои исследования на большие перемещения конструкций и неточности результатов, получаемых при использовании данной теории, не сопоставимо малы.

Расширенная модель Друкера-Прагера в Ansys позволяет описывать шатровые поверхности текучести. То есть как раз замкнуть поверхность в области всестороннего сжатия. Вы ведь в курсе?

В статьях встречал. То что есть в Ansys не знал. Посмотрю.

[builder_engineer 0]

"Это связано с тем что перпендикуляр к поверхности нагружения, в девиаторной плоскости, сразу не совпадает с направлением вектора напряжений на этой плоскости, что должно проявляться только при начале макротрещинообразования " - в модели Друкера - Прагера есть еще один угол в Ansys который позволяет корректировать угол. Где-то было как его можно корректировать для грунтов. Вроде в хелпе к плаксе :) 

Точность любых теорий прочности около 10-15% как показали опыты Прандтля.  ... :)

Увязнем в бессмысленных экспериментах если будем менять поверхность течения. По моему проще управлять отображением на единую кривую. СНИПы все равно никто всерьез переписывать не будет. Как и еврокоды...

Бетон вообще-то скорее хрупкий материал, железобетон нет...  

На счет точности не согласен. Далеко не каждый критерий обеспечивает такую точность на всем пространстве напряжений. Чаще всего критерии грешат в области двухосного сжатия с одноосным растяжением (завышение прочности в 2 и более раз). Нормативы может переписывать и не будут. Но, например, нелинейный расчет железобетонных конструкций в программном комплексе ЛИРА производится с применением модели бетона Гениева, а в нормах это никак не отражено.  

[Fedor 1 597]

Эти цифры есть в книге Филоненко-Бородича http://www.exponenta.ru/soft/Mathemat/pinega/a12/a12.asp   Ну я человек осторожный, пользуюсь только надежными программами и армирую лично и по СП. Согласитесь, что при ползучести  которая учитывается множителем 0.3 примерно через эффективный модуль говорить о каких-то мелочах вроде пластичности бетона несерьезно. В реальных расчетах :) 

Лично я придерживаюсь при конструировании следующего при учете ползучести для эффективных модулей упругости и ограничиваюсь первым приближением, то есть упругим  :

Растяжение ж/б - 0.25 Eb, сжатие - 0.6 Eb, изгиб - 0.3 Eb, изгиб с преднапряжением - 0.35... 0.42 Eb

[builder_engineer 0]

Эти цифры есть в книге Филоненко-Бородича http://www.exponenta.ru/soft/Mathemat/pinega/a12/a12.asp   Ну я человек осторожный, пользуюсь только надежными программами и армирую лично и по СП. Согласитесь, что при ползучести  которая учитывается множителем 0.3 примерно через эффективный модуль говорить о каких-то мелочах вроде пластичности бетона несерьезно. В реальных расчетах :) 

Лично я придерживаюсь при конструировании следующего при учете ползучести для эффективных модулей упругости и ограничиваюсь первым приближением, то есть упругим  :

Растяжение ж/б - 0.25 Eb, сжатие - 0.6 Eb, изгиб - 0.3 Eb, изгиб с преднапряжением - 0.35... 0.42 Eb

В принципе я с Вами согласен. Но это практическая сторона вопроса. Естественно внедрять в практику проектирования трехинвариантных критериев прочности и моделей деформирования бетона с учетом его работы при сложном напряженном состоянии на данный период весьма сомнительно. Но не стоит так же забывать, что нормы в основном (по традиции СССР) ориентированы на то, что ими будет пользоваться инженер, имеющий в своем распоряжении калькулятор (логарифмическую линейку). Ну и для современного инженера - программка, позволяющая получать усилия в элементах конструкций, что, естественно, обусловлено ускорением процесса разработки проекта. В связи с этим в некоторых случаях мы будем получать довольно значительный запас прочности. Как например в случае двухосного неравномерного сжатия  при величине меньшего сжимающего напряжения 0.3...0.4 от большого мы получим прирост прочности бетона до 30-40% в сравнении с одноосным сжатием (не говоря об объемном напряженном состоянии возникающем в массивных конструкциях). Необходимость создание модели деформирования бетона обусловлена в основном научным интересом, т.к. имея в распоряжении такую модель мы получим возможность моделировать сложные конструкции, что позволит в разы сократить количество экспериментов до минимума (в случае необходимости создания руководств или внедрения в нормы методик расчета уникальных конструкций). Опять же реализация модели пластичности бетона в ansys это первый этап (так сказать набить руку).  

[Fedor 1 597]

Друкера - Прагера попробуйте. У меня когда-то неплохо получалось. Для более сложных моделей типа сливы надо много дополнительной информации, кроме того нежно моделировать краевые условия, а то в них возникает в случае простейших условий небольшие зоны всестороннего сжатия и по ним и идет основная деформация из-за ограничения по первому инварианту. В еврокоде 2 тоже в основном на ползучесть упирают, табличка типа нашей в СП... Удачи. Занялись бы лучше влиянием продольной арматуры на перерезывающую силу при продавливании, а то в еврокодах и у англичан в BS есть, а нам все капители да толстые плиты делать приходится. Правда не мне. Но все время воевать приходится. Углеармирование для усиления тоже актуально для практики. Арендаторы торговых площадей все время хотят установить оборудование почти как промышленное и нагрузки зачастую в разы превосходят нормативные. Но это так, о больном...  Удачи. Кстати, есть идея как сделать стыковку арматуры с помощью гайки и пары болтов. Не хотите заняться науки ради для начала ?  Испытать есть где. Делать некогда и некому ... :) 

[builder_engineer 0]

Fedor, реализация в ansys модели кратковременного деформирования бетона, как я уже упоминал, это лишь первый этап. Основная же направленность работы это как раз ползучесть при сложных напряженных состояниях. Ту проблема в имеющихся экспериментальных данных, т.к. они в основном охватывают линейную ползучесть. Экспериментальные исследования нелинейной составляющей ползучести бетона в условиях одно- двух- и трехосного состояния, так сказать, в процессе. По поводу исследований более насущных проблем практического строительства, скажу следующее: "Партия сказала: надо, мы ответили: есть!". Насчет стыковки арматуры: чем плохи существующие (те же муфтовые соединения)?

[Fedor 1 597]

У меня есть отчет сторонней организации проводившей измерения. Было недостроенное здание. Простояло лет пять. Померили прогибы. Я посчитал их. 0.3 Eb практически точно совпало с тем, что  намерили при нагрузке собственный вес с надежностью 1.1 Так что по моему линейные модели ползучести достаточно адекватны. Проверял по многим этажам и разным пролетам.

Нарезать резьбу на стройплощадке никто не хочет, канительное дело. Есть с обжиманием, но тоже канительное дело. Чтобы прижилось, надо что-то более простое и технологичное. И надежное. Есть пара идей. Если заинтересуетесь, пришлите электронный адрес   :)

[builder_engineer 0]

Почитав мануал отметил для себя три способа компиляции и подключения к ANSYS USERMAT: upf команда, создание динамической библиотеки, использование ANS_ADMIN Utility (хотелось бы узнать о их принципиальном отличии). Использовал второй способ. Скопировал измененный USERMAT в папку C:\Program Files\ANSYS Inc\v145\ansys\custom\user\intel (хотя, как я понял, лучше создать свою рабочую папку поместив в нее кроме рабочего файла некоторые *.bat файлы дабы не засорять папку intel). Запустил файл ANSUSERSHARED.bat через командную строку и увидел сообщение, что link команда не известна системе или внешней программе. Открыв через текстовый редактор ANSUSERSHARED.bat и ознакомившись с содержимым, понял, что необходим компилятор IFORT_COMPILER11. Я установил 12. Так же необходимым оказался Visual Studio 2008 или Microsoft Windows SDK. Установил SDK (или все же лучше Visual Studio?). Проблему это не решило. Хотелось бы получить совет о дальнейших действиях. Так же в мануале указывается, что перед выполнение линкинга необходимо убедиться, что INCLUDE, LIB, PATH переменные среды корректно установлены для используемого компилятора. Как я понял, в случае необходимости нужно подкорректировать путь к этим переменным в файле ANSUSERSHARED.bat.

[soklakov 1 475]

MAPDL_User_Programmable_Features_UPF_14.5_v1

Это название курса. По названию сможете найти на портале.

В  частности, Вас будет интересовать шестая лекция, кажется. В принципе, не лишне будет ознакомиться со всем материалом.

Надеюсь, это облегчит Ваши изыскания и будет хорошим дополнением к мануалу.