Моделювання роботи сталефібробетонних конструкцій методом скінченних елементів

Анотація

Анотація. У статті розглянуто особливості чисельного моделювання сталефібробетонних конструктивних елементів із використанням методу скінченних елементів (МСЕ). Актуальність дослідження зумовлена потребою в комп’ютерному моделюванні та прогнозуванні напружено-деформованого стану конструкцій із композитних матеріалів, що є необхідним при проєктуванні будівель і споруд. Проведено аналіз підходів до врахування сталевої фібри у чисельному моделюванні, зокрема розглянуто дискретний підхід, за якого фібра моделюється окремими елементами, та гомогенізований, що ґрунтується на усередненні механічних властивостей матеріалу відповідно до складу. Наведено приклади реалізації цих підходів у програмних середовищах ABAQUS, ANSYS і LIRA-FEM. Коректне визначення вихідних параметрів і умов навантаження суттєво впливає на достовірність результатів чисельного моделювання.

Окрему увагу приділено моделюванню нелінійної поведінки матеріалу, зокрема граничних деформацій, процесів утворення та розвитку тріщин, а також прогнозуванню зон локалізації пошкоджень. Проаналізовано результати чисельного моделювання, які узгоджуються з даними експериментальних (стендових) випробувань, зокрема щодо характеру руйнування, залишкової міцності та енергопоглинальної здатності конструкцій зі сталевою фіброю.

З’ясовано, що сталефібробетон характеризується підвищеною тріщиностійкістю, змінює механізм руйнування з крихкого на пластичний і забезпечує збереження несучої здатності після утворення тріщин. Показано, що метод скінченних елементів є ефективним інструментом для кількісної оцінки механічних характеристик сталефібробетонних елементів, зокрема в умовах комбінованого навантаження. Зроблено висновок про доцільність використання МСЕ-моделювання в інженерній практиці для обґрунтування конструктивних рішень за умов використання дисперсного армування в бетонних конструкціях.