Search
Search results for: CONCRETE, SIZE EFFECT, DEM
-
Size effect at aggregate level in microCT scans and DEM simulation – Splitting tensile test of concrete
PublicationThe paper describes an experimental and numerical study of size effect on concrete cylindrical specimens in splitting tensile test. Own experimental campaign was performed on specimens with 5 various diameters from D = 74, 105, 150, 192 and 250 mm with hardboard loading strips (distributed load according to standard methods) scaled proportionally to the specimen diameter. The crack opening-control system was applied to obtain the...
-
Size effect in concrete under splitting tension
PublicationThe size effect is a fundamental phenomenon in concrete materials. It denotes that both the nominal structural strength and material ductility always decrease with increasing element size under tension. In the paper splitting tensile tests on cylindrical concrete specimens with the different diameter were carried out. Two types of the loading strip (plywood board and steel cylinder) were used. The concrete strength and ductility...
-
Meso‐scale analyses of size effect in brittle materials using DEM
PublicationThe paper describes numerical meso-scale results of a size effect on strength, brittleness and fracture in brittle materials like concrete. The discrete element method (DEM) was used to simulate the size effect during quasi-static splitting tension with the experimental-based meso-structure. The two-dimensional (2D) calculations were carried out on concrete cylindrical specimens with two diameters wherein two different failure...
-
DEM ANALYSIS OF EFFECT OF INTERFACIAL TRANSITIONAL ZONES ON FRACTURE IN CONCRETE.
PublicationArtykuł omawia wyniki numeryczne dotyczące pękania betonu uzyskane stosując metodę elementów dyskretnych. Trójwymiarowe obliczenia wykonano dla próbek betonowych podczas zginania. Beton został opisany jako model 4-fazowy. Mikrostrukturę betonu przyjęto na podstawie 3D zdjęć mikro-tomograficznych. Zbadano wpływ stref przejściowych na wytrzymałość i proces pękania. Wyniki numeryczne zostały porównane z wynikami doświadczalnymi. Uzyskano...
-
Experimental investigations of size effect in reinforced concrete beams failing by shear
PublicationW artykule omówiono wyniki doświadczalne efektu skali w zbrojonych betonowych belkach niszczących się przez ścinanie. Doświadczenia wykonano dla belek o różnych wymiarach ze zbrojeniem stalowym i bazaltowym. Podczas doświadczeń pomierzono siłę oraz szerokości lokalizacji i rys. Wyniki porównano z modelem skali wg Bazanta.
-
Investigations of size effect in tensile fracture of concrete using a lattice model
PublicationArtykuł przedstawia symulacje efektu skali w betonie podczas rozciągania przy zastosowaniu nowego modelu siatkowego. Zbadano wpływ rozkładu i wielkości kruszywa oraz wpływ strefy kontaktu na efekt skali.
-
Effect of Particle Size of Fly Ash Microspheres (FAMs) on the Selected Properties of Concrete
PublicationThis paper presents the investigations of selected properties of concrete containing two fractions of fly ash microspheres (FAMs) with grain size up to 200 μm and up to 500 μm. Concrete mixtures with ordinary Portland cement and three substitution rates of cement by FAMs, 1.3%, 2.0%, and 2.6%, were investigated. For all concrete mixes, the constant water–binder ratio (w/b) equal to 0.50 was used. The research program included the...
-
FE investigations of the effect of fluctuating local tensile strength on coupled energetic-statistical size effect in concrete beams
PublicationThe effect of fluctuating local tensile strength on a coupled energetic-statistical size effect in plain concrete beams under bending was numerically investigated. First, the influence of varying autocorrelation length of the random field describing a spatial variation of local tensile strength was studied. Next, the influence of the coefficient of variation of local tensile strength was analyzed. The numerical FE investigations...
-
On some problems in determining tensile parameters of concrete model from size effect tests
PublicationThe paper presents results of numerical simulations of size effect phenomenon in concrete specimens. The behaviour of in-plane geometrically similar notched and unnotched beams under three-point bending is investigated. In total 18 beams are analysed. Concrete beams of four different sizes and five different notch to depth ratios are simulated. Two methods are applied to describe cracks. First, an elasto-plastic constitutive law...
-
Size effect in concrete beams under bending – influence of the boundary layer and the numerical description of cracks
PublicationIn the paper the size effect phenomenon in concrete is analysed. The results of numerical simulations of using FEM on geometrically similar un-notched and notched concrete beams under bending are presented. Concrete beams of four different sizes and five different notch heights under three-point bending test were simulated. In total 18 beams were analysed. Two approaches were used to describe cracks in concrete. First, eXtended...
-
Investigations of size effect in concrete at aggregate level - experiments and calculations results using discrete element method
PublicationSize effect is a fundamental phenomenon in concrete. It is characterised by decreasing strength and increasing brittleness of concrete with increasing size. The thesis includes experimental and theoretical elements. The main goal of the thesis were investigations of a size effect at the aggregate level by taking fracture into account with the discrete element method (DEM) for various failure modes. Comprehensive experiments on...
-
Experimental and numerical assessment of size effect in geometrically similar slender concrete beams with basalt reinforcement
PublicationW artykule przedstawiono doświadczalne i numeryczne wyniki badań efektu skali w geometrycznie podobnych smukłych belkach betonowych ze zbrojeniem bazaltowym. Doświadczenia zostały symulowane stosując metodę elementów skończonych w oparciu o model sprężysto-plastyczny z degradacją sztywności i nielokalnym osłabieniem. Otrzymano dobrą zgodność wyników doświadczalnych z numerycznymi.
-
Limits of enhanced of macro- and meso-scale continuum models for studying size effect in concrete under tension
PublicationThe paper investigates a mechanical quasi-static size effect in concrete during splitting tension at the macro- and meso-level. In experiments, five different diameters of cylindrical concrete specimens were tested. Twodimensional plane strain finite element (FE) simulations were carried out to reproduce the experimental size effect. The size effect in experiments by Carmona et al. was also simulated. Two enhanced continuum concrete...
-
FE analysis of a coupled energetic-statistical size effect in plain concrete beams with varying material properties.
PublicationThe numerical FE investigations of a coupled energetic-statistical size effect in unnotched concrete beams of similar geometry under quasi-static three point bending were performed within elasto-plasticity with non-local softening. The stochastic FE analyses were carried out with three different beam sizes. Deterministic calculations were performed with the uniform distribution of a uniaxial tensile strength. In statistical calculations...
-
Parametric FE studies on a coupled energetic-statistical size effect in plain concrete beams under bending
PublicationW artykule omówiono wyniki połączonego deterministyczno-statystycznego efektu skali w betonowych belkach podczas zginania. Obliczenia wykonano stosując MES w zakresie sprężysto-plastyczności z nielokalnym osłabieniem. Obliczenia wykonano dla różnych długości korelacji i współczynnika zmienności.
-
Effect of free water on the quasi‑static compression behavior of partially‑saturated concrete with a fully coupled DEM/CFD approach.
PublicationThe work aims to numerically investigate the quasi-static response of partially fluid-saturated concrete under two-dimensional uniaxial compression at the mesoscale. We investigated how the impact of free pore fluid content (water and gas) affected the quasi-static strength of concrete. The totally and partially fluid-saturated concrete behavior was simulated using an improved pore-scale hydro-mechanical model based on DEM/CFD....
-
FE calculations of a deterministic and statistical size effect in concrete under bending within stochastic elasto-plasticity and non-local softening
PublicationW artykule przedstawiony wyniki obliczeń MES deterministycznego i statystycznego efektu skali w belkach betonowych podczas zginania. Zastosowano model w ramach stochastycznej sprężysto-plastyczności i nielokalnego osłabienia. Belki były geometrycznie podobne. Wyniki porównano z modelem efektu skali Bazanta.
-
A two-scale (FEM-DEM) approach for concrete
PublicationArtykuł omawia dwu-skalowe podejście do betonu przy wykorzystaniu modelu Mes i DEM. Metodę elementów skończonych zastosowano na poziomie makro. Na poziomie mikro zastosowano metodę elementów dyskretnych. Macierz sztywności wyznaczono na podstawie tensora naprężeń wyznaczonego w skali mikro. Wyniki numeryczne dwusalowe porównano z wynikami dyskretnymi dla całego obszaru.
-
Modelling of behavior of plain concrete using DEM
PublicationW artykule pokazano rozwój różnych zjawisk mikrostrukturalnych na poziomie kruszywa w betonie podczas jednoosiowego ściskania i rozciągania.. Obliczenia wykonano stosując metodę DEM. Wyniki na poziomie globalnym porównano doświadczalnymi. Szczególna uwagę zwrócono na propagację rys i szerokość lokalizacji odkształceń.
-
Modelling of concrete behaviour in uniaxial compression and tension with DEM.
PublicationW artykule omowiono wyniki modelowania betonu podczas jednoosiowego sciskania i rozciagania stosujac metode elementów dyskretnych. Beton zostal opisany jako material 3-fazowy (kruszywo, zaprawa cementowa i strefy kontaktu). Szczegolna uwage zwrocono na zjawiska mikro-strukturalne na poziomie kruszywa (lancuchy sil, wiry, obroty ziaren). Wyniki numeryczne zostaly porownano z wynikami badan doswiadczalnych.
-
3D DEM simulations of fracture in reinforced concrete beams
PublicationArtykuł dotyczy zachowania się belki żelbetowej bez zbrojenia pionowego przy trzypunktowym zginaniu. Belka uległa zniszczeniu wskutek ścinania z powodu obecności nadmiernego zbrojenia podłużnego. Eksperymenty przeprowadzono w skali laboratoryjnej z wykorzystaniem systemu mikro-CT, a następnie odtworzono je w analizach numerycznych stosując metodą elementów dyskretnych 3D (DEM). Zastosowano 4-fazowy model betonu z mezostrukturą,...
-
Static and dynamic concrete calculations: Breakable aggregates in DEM model
PublicationThe paper deals with the calculations of a 3-point bending beam under static and dynamic loads. The real microstructure was obtained from laboratory tests using micro-tomography images. The quasi-static results were compared directly with experimental data at both macro and micro levels. Subsequently, higher strain rates were applied to investigate dynamic effects. The study focused on the influence of dynamic loading on the macroscopic...
-
Modeling of capillary fluid flow in concrete using a DEM-CFD approach
PublicationSformułowano połączone podejście do modelowania dwufazowego przepływu wody napędzanego hydraulicznie i kapilarnie w nienasyconym betonie. Proces przepływu analizowano numerycznie w mezoskali w warunkach dwuwymiarowych (2D), łącząc metodę elementów dyskretnych (DEM) z obliczeniową dynamiką płynów (CFD) w warunkach izotermicznych. Przeprowadzono w pełni sprzężone hydromechaniczne testy symulacyjne na małych próbkach betonu o uproszczonej...
-
MODELLING OF CONCRETE FRACTURE AT AGGREGATE LEVEL USING DEM BASED ON X-RAY mu CT IMAGES OF INTERNAL STRUCTURE
PublicationThe paper describes two-dimensional meso-scale numerical results of fracture in notched concrete beams under quasi-static three-point bending. Concrete was modelled as a random heterogeneous 4-phase material composed of aggregate particles, cement matrix, interfacial transitional zones (ITZs) and air voids. As a numerical approach, the discrete element method (DEM) was used. The concrete micro-structure in calculations was directly...
-
Discrete modeling of micro-structure evolution during concrete fracture using DEM
PublicationW artykule pokazano wyniki dyskretne DEM dla betonu poddanego ściskaniu i rozciąganiu jednoosiowemu. Wyniki siła-przemieszczenie i zarysowania porównano z doświadczeniami. Szczególną uwagę zwrócono na zjawiska mikrostrukturalne podczas zarysowania na poziomie kruszywa.
-
DEM modelling of concrete fracture based on its structure micro-CT images
PublicationW rozdziale książki zawarto numeryczne wyniki mezoskopowe dotyczące postępującego pękania betonu na poziomie kruszywa. Do badania procesu pękania belki betonowej z karbem w trzech (3D) i dwóch (2D) wymiarach zastosowano metodę elementów dyskretnych (DEM). Niejednorodność betonu uwzględniono stosując czterofazowy opis: kruszywo, zaprawa, makropustki i międzyfazowe strefy przejściowe. W obliczeniach DEM na podstawie zdjęć rentgenowskich...
-
Debonding Size Estimation in Reinforced Concrete Beams Using Guided Wave-Based Method
PublicationThe following paper presents the results of the theoretical and experimental analysis of the influence of debonding size on guided wave propagation in reinforced concrete beams. The main aim of the paper is a development of a novel, baseline-free method for determining the total area of debonding between steel rebar embedded in a concrete cover on the basis of the average wave velocity or the time of flight. The correctness of...
-
Comparative DEM calculations of fracture process in concrete considering real angular and artificial spherical aggregates
PublicationArtykuł omawia wyniki obliczeń numerycznych pękania dla betonu stosując metodę elementów dyskretnych (DEM). Beton był opisany jako materiał 4-fazowy i był poddany zginaniu. Zbadano wpływ kształtu kruszywa na proces pekania i na zalezność obciązenia od ugięcia. Wyniki dwuwymiarowe i trzywymiarowe porównano bezpośrednio z doświadczeniami. Wyniki pokazały duzy wpływ kształtu kruszywa na wyniki numeryczne.
-
Modelling of size effects in concrete using elasto-plascity with non-local softening
PublicationArtykuł przedstawia numeryczne symulacje MES efektów skali w materiałach kruchych takich jak beton , wykonane w warunkach płaskiego stanu odkształceń. Materiał był modelowany w ramach sprężysto-plastyczności z izotropowym wzmocnieniem i osłabieniem. W obszarze ściskania przyjęto liniowe kryterium Druckera-Pragera z niestowarzyszonym prawem płynięcia a w obszarze rozciągania liniowe kryterium Rankina ze stowarzyszonym prawem płynięcia....
-
Modelling of Capillary Pressure-driven Water Flow in Unsaturated Concrete Using Coupled DEM/CFD Approach.
PublicationSformułowano nowatorskie, połączone podejście do modelowania dwufazowego przepływu wody napędzanego kapilarami w nienasyconym betonie. Dzięki połączeniu metody elementów dyskretnych (DEM) z obliczeniową dynamiką płynów (CFD) w warunkach izotermicznych proces został zbadany numerycznie w mezoskali w warunkach dwuwymiarowych. Niewielkie próbki betonu o uproszczonej mezostrukturze cząstek poddano w pełni sprzężonym hydromechanicznym...
-
Coupled DEM/CFD analysis of impact of free water on the static and dynamic response of concrete in tension regime
PublicationW tym artykule zbadano numerycznie quasi-statyczne i dynamiczne zachowanie częściowo nasyconego płynem betonu w warunkach dwuwymiarowego (2D) jednoosiowego rozciągania w mezoskali. Obliczono, jaki wpływ ma zawartość wolnego płynu porowego (gazu i wody) na proces pękania i wytrzymałość betonu w rozciąganiu. Do symulacji zachowania betonu całkowicie i częściowo nasyconego płynem w warunkach quasi-statycznych i dynamicznych wykorzystano...
-
Numerical studies on size effects in concrete beams. Architecture Civil Engineering Environment ACEE
PublicationW artykule przedstawiony wyniki obliczeń efektów skali w belkach betonowych podczas zginania. Zastosowano model sprężysto-plastyczny z nielokalnym osłabieniem. Rozkład wytrzymałości na rozciąganie był stochastyczny - przestrzennie skorelowany. Belki były geometrycznie podobne. Wyniki porównano z modelem efektu skali Bazanta.
-
Experimental and numerical investigations of size effects in reinforced concrete beams with steel or basalt bars.
PublicationW artykule przedstawiono wyniki obliczeń efektów skali w belkach betonowych zbrojonych prętami stalowymi i bazaltowymi podczas zginania. Zastosowano model sprężysto-plastyczny z nielokalnym osłabieniem. Rozkład wytrzymałości na rozciąganie był stochastyczny – przestrzennie skorelowany. Belki były geometrycznie podobne. Wyniki porównano z modelem efektu skali Bazanta
-
Numerical investigations of size effects in notched and un-notched concrete beams under bending
PublicationW artykule przedstawiono wyniki numerycznej analizy efektów skali (efektu deterministycznego i stochastycznego) w belkach betonowych z nacięciem i bez nacięcia poddanych zginaniu z uwzględnieniem lokalizacji odkształceń. Obliczenia wykonano przy zastosowaniu metody elementów skończonych i sprężysto-plastycznego modelu z nielokalnym osłabieniem. Pokazano wpływ wielkości belek betonowych na ich nośność oraz rozkład lokalizacji odkształceń.
-
Krzysztof Szarf dr inż.
People -
Modelling of concrete facture at aggregate level using DEM based on x-ray mu CT images of internal structure
PublicationW artykule pokazano wyniki dyskretne DEM dla pękania betonu poddanego zginaniu. Beton został symulowany jako ośrodek 4-fazowy. Mikrostrukturę betonu określono na podstawie zdjęć uzyskanych mikro-tomografem. Szczególną uwagę zwrócono na zjawiska mikrostrukturalne podczas zarysowania na poziomie kruszywa.
-
Modelling of concrete fracture at aggregate level using FEM and DEM based on X-ray uCT images of internal structure
PublicationArtykuł podejmuje problem pękania w zginanych belkach betonowych. Proces pękania był obserwowany przy zastosowaniu mikrotomografii . Zaobserwowany proces był symulowany numerycznie przy zastosowaniu metody elementów skończonych i metody elementów dyskretnych. Beton był opisany jako materiał 4-fazowy. Otrzymano dobrą zgodność wyników numerycznych z doświadczalnymi.
-
A three-dimensional meso-scale approach to concrete fracture based on combined DEM with x-ray micro-CT images
PublicationArtykuł omawia wyniki numeryczne uzyskane stosując 3-wymiarowy mezoskopowy model do opisu pękania w betonie na poziomie kruszywa w belce z nacięciem podczas zginania. Do obliczeń użyto metodę elementów dyskretnych. Beton został opisany jako materiał 4-fazowy złożony z kruszywa, zaprawy, makro-porów i stref przejściowych miedzy kruszywem a zaprawą. Kształt i położenia kruszywa przyjęto na podstawie skanów z mikro-tomografu. Uzyskano...
-
Mesoscopic simulations of a fracture process in reinforced concrete beam in bending using a 2D coupled DEM/micro-CT approach
PublicationW tej pracy zbadano numerycznie w warunkach 2D złożony proces pękania w krótkiej prostokątnej belce betonowej wzmocnionej jednym prętem podłużnym (bez zbrojenia pionowego) i poddanej quasi-statycznemu zginaniu w trzech punktach. Krytyczne pęknięcie poprzeczne w belce spowodowało jej uszkodzenie podczas doświadczenia. Symulacje numeryczne przeprowadzono klasyczną metodą elementów dyskretnych (DEM). Przyjęto trójfazowy opis betonu:...
-
Jan Suchorzewski dr inż.
PeopleJan Suchorzewski MSc, born 13.03.1990 in Gdańsk, graduated in civil engineering with specialization in engineering structures at Gdańsk University of Technology in 2014, at thye same time begun work at GUT as PhD student working in a project "Analysis of coupled deterministic-statistic size effect in quasi-brittle materials" performing experimental investigation of shear strength of RC-beams and numerical calculations of concrete...
-
Concrete beams under bending - calculations of size effects within stochastic elasto-plasticity with non-local softening
PublicationW artykule przedstawiono wyniki numerycznej analizy efektów skali (efektu deterministycznego i stochastycznego) w belkach betonowych nacięciem poddanych zginaniu z uwzględnieniem lokalizacji odkształceń. Obliczenia wykonano przy zastosowaniu metody elementów skończonych i sprężysto-plastycznego modelu z nielokalnym osłabieniem. Pokazano wpływ wielkości belek betonowych na nośność.
-
Notched concrete beams under bending - calculations of size effects within stochastic elasto-plasticity with non-local softening
PublicationW artykule przedstawiono wyniki numerycznej analizy efektów skali (efektu deterministycznego i stochastycznego) w belkach betonowych nacięciem poddanych zginaniu z uwzględnieniem lokalizacji odkształceń. Obliczenia wykonano przy zastosowaniu metody elementów skończonych i sprężysto-plastycznego modelu z nielokalnym osłabieniem. Pokazano wpływ wielkości belek na nośność z uwzględnieniem stochastycznego rozkładu wytrzymałości na...
-
FE analysis of size effects in reinforced concrete beams without shear reinforcement based on stochastic elasto-plasticity with non-local softening.
PublicationW artykule przedstawiono wyniki analizy MES dotyczącej deterministycznego i statystycznego efektu skali w żelbetowych belkach bez zbrojenia na ścinanie. W analizie zastosowano prawo sprężysto-plastyczne z nielokalnym osłabieniem. Wyniki analizy porównano z doświadczeniami i modelem skali Bazanta.
-
Discrete element method modelling of elastic wave propagation in a meso-scale model of concrete
PublicationThis paper deals with the accurate modelling of ultrasonic wave propagation in concrete at the mesoscopic level. This was achieved through the development of a discrete element method (DEM) model capable of simulating elastic wave signals comparable to those measured experimentally. The main objective of the work was to propose a novel methodology for constructing a meso-scale model of concrete dedicated to the analysis of elastic...
-
A study on microcrack monitoring in concrete: discrete element method simulations of acoustic emission for non-destructive diagnostics
PublicationThe research is focused on the monitoring of fracture evolution in concrete beams under three-point bending using the acoustic emission technique and the discrete element method. The main objective of the study was to numerically and experimentally investigate the mechanism behind the generation of elastic waves during acoustic emission events and their interaction with micro- and macro-cracking in concrete beams under monotonic...
-
Modelling hydraulic and capillary-driven two-phase fluid flow in unsaturated concretes at the meso-scale with a unique coupled DEM-CFD technique
PublicationThe goal of the research was to demonstrate the impact of thin porous interfacial transition zones (ITZs) between aggregates and cement matrix on fluid flow in unsaturated concrete caused by hydraulic/capillary pressure. To demonstrate this impact, a novel coupled approach to simulate the two-phase (water and moist air) flow of hydraulically and capillary-driven fluid in unsaturated concrete was developed. By merging the discrete...
-
Numerical investigations on early indicators of fracture in concrete at meso-scale.
PublicationFracture is a major reason of the global failure of concretes. The understanding of fracture is important to ensure the safety of structures and to optimize the material behaviour. In particular an early prediction possibility of fracture in concretes is of major importance. In this paper, concrete fracture under bending was numerically analysed using the Discrete Element Method (DEM). The real mesoscopic structure of a concrete...
-
A new open-source software developed for numerical simulations usingdiscrete modeling methods
PublicationThe purpose of this work is to present the development of an open-source software based on a discrete description of matter applied to study the behavior of geomaterials. This software uses Object Oriented Programming techniques, and its methodology design uses three different methods, which are the Discrete Element Method (DEM) [F. Donzé, S.A. Magnier, Formulation of a three-dimensional numerical model of brittle behavior, Geophys....
-
The lethal effect of hydrotechnical concrete on freshwater Bivalvia
PublicationMost hydrotechnical buildings under construction demand the concrete mixture to be set directly under water. The main reason for such a procedure is to limit the washing away of the the concrete binding mixture and to increase the efficiency of organisation of work so as to ensure continuity in concreting. The impact on the aquatic environment of recent developments in concrete technology and the use of new components has not yet...
-
Numerical Study of Concrete Mesostructure Effect on Lamb Wave Propagation
PublicationThe article presents the results of the numerical investigation of Lamb wave propagation in concrete plates while taking into account the complex concrete mesostructure. Several concrete models with randomly distributed aggregates were generated with the use of the Monte Carlo method. The influence of aggregate ratio and particle size on dispersion curves representing Lamb wave modes was analyzed. The results obtained for heterogeneous...