콘크리트 손상 소성 변형을 모델링하는 방법은 무엇일까요? | 다양한 콘크리트에 대한 정확한 매개변수

모델링하기 위해 콘크리트 손상 가소성(CDP) 효과적으로 사용하려면 탄성, 소성 및 손상 매개변수의 정확한 조합이 필요하며, 이러한 매개변수의 대부분은 다음과 같은 검증된 연구 데이터에서 찾을 수 있습니다. SCDP 테이블 또는 전문적인 UHPC 교정; 하지만 저희는 여러분을 위해 모든 것을 이 블로그에 정리해 두었습니다.

분석 중이시든 아니시든 표준 철근 콘크리트 보, 한계를 뛰어넘으며 초고성능 콘크리트(UHPC), 또는 보존하려고 노력하는 것 역사적인 석조 건축물, 매개변수를 제대로 설정하는 것이 현실적인 균열 패턴과 완전한 수치적 붕괴 사이의 차이를 만듭니다.

이 가이드에서는 이론적인 설명은 생략하고, 재질 보정, 요소 삭제, 그리고 골치 아픈 수렴 오류 수정까지 정확한 단계별 워크플로우를 제공합니다. 이제 오류가 발생하는 모델을 정확하고 출판 가능한 결과물로 바꿔봅시다.

Why is Concrete Behavior So Hard to Predict?

콘크리트는 인장과 압축 하에서 매우 다르게 작용하는 "준취성" 복합 재료입니다. 따라서 다음과 같은 모델이 필요합니다. 콘크리트 손상 소성 모델 표준 선형 모델은 구조물 파손을 규정하는 복잡한 균열 및 파괴 현상을 포착할 수 없기 때문입니다.

• 압축: 콘크리트는 압축 하에서는 높은 강도를 보이지만, 특정 응력 한계를 초과하면 균열과 압궤가 나타나는 비선형적 거동을 보이기 시작합니다.
• 긴장: 콘크리트는 인장 응력에 비교적 약하며, 비선형 반응은 균열의 시작과 확산에 따라 크게 좌우됩니다.
• 전단: 전단 응력의 비선형 거동은 균열과 골재의 맞물림 사이의 상호작용으로 인해 발생합니다.

또한, 하중 속도, 온도, 습도 수준, 철근의 존재 여부와 같은 요인은 콘크리트의 비선형 거동에 상당한 영향을 미칩니다.

콘크리트는 단순한 고체가 아닙니다. 오히려 골재, 시멘트 페이스트, 물이 혼합된 이질적인 물질입니다. 이러한 특성 때문에 콘크리트의 비선형적인 거동은 시작점에서부터 나타납니다. 중간 규모. 즉, 내부의 빈 공간과 돌과 반죽 사이의 상호 작용이 재료가 어떻게 부서지는지를 결정합니다.

사용할 때 콘크리트 손상 가소성, 두 가지 강력한 이론을 결합하고 계시는군요. 첫째, 소성 변형 부분은 콘크리트가 고압 하에서 압축될 때 발생하는 영구 변형을 다룹니다. 둘째, 손상 변형 부분은 균열이 확산됨에 따라 재료가 강성을 잃는 과정을 추적합니다.

Abaqus 콘크리트 손상 소성 모델

재료의 소성 변형 범위에서의 파괴 기준은 복합 응력 하에서 표현됩니다. 이 기준은 정수압에 대한 재료의 반응에 따라 크게 두 가지 범주로 나뉩니다.

대부분의 재료에서 연성 거동은 정수압에 따라 달라지는 것으로 알려져 있으며, 흙, 암석, 콘크리트와 같은 비금속 재료도 이 범주에 속하며 압력에 따라 달라집니다.

토양에 대해 말하자면, 우리 블로그에서 토양을 모델링하는 방법을 배울 수 있습니다.“Abaqus 토양 모델링 | 주요 모델 및 애플리케이션“.

논의할 때 Abaqus 콘크리트 손상 소성 모델, 파손 가능성 함수는 콘크리트 거동에 대한 드러커-프래거 모델에서 도출됩니다.

CDP 모델에서 소성 포텐셜 표면의 주요 공식은 식 1로 표현되며, 응력 평면으로부터의 편차의 3차원 형상은 그림 1에 나타낸 바와 같이 자오선 평면에 표시됩니다.

그림 1: 드러커-프래거 모델 [3]

1950년대 중반 카흐노프가 도입한 파괴 원리는 응력 표면의 감소에 기반을 두었습니다. 그 이후로 파괴 메커니즘은 열화 모델을 기반으로 고려되어 왔으며, 현재는 손상 연화의 할선을 이용하여 평가되고 있습니다.

손상 모델은 탄성 강성 저하를 총 손상량으로 간주합니다. 콘크리트의 경우, 이러한 거동은 요소의 구속 정도에 따라 정의됩니다. 하중 작용으로 인해 구속력이 낮으면 손상이 빠르게 발생하고 비가역적입니다. 반대로 구속력이 높으면 하중이 가해진 후 손상이 발생하는 데 더 많은 시간이 필요합니다.

스칼라 차원 d에서의 탄성 손상 연화 모델에 대한 공식은 식 2와 같습니다.

Implementation of CDP model in Abaqus CAE

Abaqus에서 콘크리트 손상 소성 모델을 사용하려면 속성 모듈로 이동하여 새 재료를 생성하십시오. 재료 편집 창에서 기계적 속성을 선택한 다음 소성 속성을 클릭합니다. 이제 콘크리트 손상 소성 모델을 선택할 수 있습니다. 이 과정은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2: Abaqus에서 CDP 모델 구현

CDP를 선택한 후, 소성 섹션에서 원하는 콘크리트의 특성에 따라 Abaqus의 콘크리트 손상 소성 모델의 매개변수를 정의할 수 있습니다. 이러한 매개변수는 다음 섹션에서 설명하고 해당 값을 제공합니다.

그림 3: Abaqus에서 CDP 모델의 소성 변형 데이터 정의

그림 4에서와 같이 압축 거동을 분석하려면 모델에 대한 압축 응력과 비탄성 변형률을 정의해야 합니다. 또한 하위 옵션을 선택하여 비탄성 변형률에 따른 손상 정도를 정의할 수 있습니다. 이 문서의 다음 섹션에서는 이러한 구성 요소의 계산 방법과 중요성에 대해 자세히 설명합니다.

그림 4: Abaqus에서 CDP 모델의 압축 거동 정의

그림 5에서 보는 바와 같이, 인장 거동을 분석하려면 모델에 인장 응력과 균열 변형률 값을 지정해야 합니다. 또한, 하위 옵션을 사용하여 균열 변형률에 따른 손상을 정의할 수 있습니다. 이 문서의 다음 섹션에서는 이러한 매개변수를 계산하는 방법과 그 중요성에 대해 자세히 설명합니다.

그림 5: Abaqus에서 CDP 모델의 인장 거동 정의

What are the Required Parameters for CDP Model in Abaqus

정의하기 위해 콘크리트 손상 가소성 정확하게 입력하려면 "가소성" 탭에 다섯 가지 특정 매개변수를 입력해야 합니다(위 그림 3 참조).

• 팽창각(ψ))
• 점도 매개변수()
• K 매개변수
• 편심률(e)
• 응력비()

팽창각과 점도 매개변수는 가장 중요한 설정값입니다. Abaqus 콘크리트 손상 소성 모델. 따라서 이 두 값은 시뮬레이션이 수렴할지 또는 비현실적인 재료 강도를 생성할지를 결정합니다.

• 확장 각도

이는 재료의 내부 마찰각을 나타냅니다. 표준의 경우 철근 콘크리트, 연구원들 30°~40° 사이의 값을 권장합니다.. 팽창각이 작을수록 재료는 더 취성적인 거동을 보이고, 팽창각이 클수록 연성 재료와 유사한 거동을 보인다.

구체적으로 말하자면, 31°라는 값이 최적값으로 여겨지는 경우가 많습니다.. 하지만 초고성능 콘크리트(UHPC)를 모델링하는 경우에는 이 값을 55°로 높여야 합니다.

본질적으로 팽창각은 식 (3)에 표시된 대로 체적 변형률과 전단 변형률 사이의 상관관계를 나타냅니다. Vermeer와 de Borst의 연구에 따르면 암석, 토양, 콘크리트와 같이 정수압에 민감한 재료는 다축 응력 조건에서 내부 마찰각(일반적으로 약 12°)을 초과하는 약 20°의 일반적인 팽창각을 갖습니다.

• 점도 매개변수

이 값을 수렴을 위한 "마법 버튼"이라고 생각하시면 됩니다. Abaqus는 기본적으로 이 값을 0으로 설정하지만, 이로 인해 해석이 종종 중단됩니다. 안정성을 높이려면 이 값을 0으로 설정해야 합니다. 최적값은 0.0005입니다.. 또한, 이 값은 가능한 한 작게 유지해야 합니다. 점도가 너무 높으면 콘크리트가 실제보다 더 강해 보이는 "가상의 과강도" 현상이 발생합니다.

• K 매개변수

이 비율은 편차 평면에서 항복면의 모양을 정의합니다. 이 비율을 사용해야 합니다. 기본값은 0.667(또는 2/3)입니다.. 이로 인해 파괴면은 3차원 피라미드 모양을 띠게 되는데, 이는 마치... 도리토 2D 보기로 표현한 칩.

• 이심률

이 작은 양수는 유동 포텐셜이 점근선에 접근하는 속도를 정의합니다. 이 값은 거의 항상 0으로 유지해야 합니다. 기본값은 0.1입니다..

m 값이 기본값보다 상당히 작으면 다음과 같은 결과가 발생할 수 있습니다. Abaqus 수렴 문제 재료가 낮은 구속력에 노출되는 경우.

• 응력비()

이는 이축 압축 항복 응력과 일축 항복 응력의 비율입니다. 일반 콘크리트의 경우, 기본값은 1.16입니다.. 하지만 특수 재료의 경우에는 다음과 같습니다. 초고성능 컴퓨터, 연구에 따르면 훨씬 더 높은 비율이 제시됩니다. 3.

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How to Prepare Your Test Data for Abaqus CDP Model?

실험 결과에서 얻은 "총 변형률" 값을 다음으로 변환해야 합니다. 비탄성 변형 (압축용) 또는 균열 변형 (긴장도 측정용). 실험실에서 얻은 원시 데이터를 직접 붙여넣으면 Abaqus 콘크리트 손상 소성 모델, 그러면 시뮬레이션이 즉시 중단됩니다.

정의하기 위해 콘크리트 손상 가소성, 먼저 재료의 탄성 계수(Modulus of Elasticity)를 알아야 합니다.구체적으로, 데이터를 준비하려면 스프레드시트에서 다음 두 가지 수식을 사용해야 합니다.

Isolate Permanent Deformation:

To define Concrete damage plasticity, you must use your material’s Modulus of Elasticity (E0) to remove the elastic portion from your total strain. Specifically, these formulas isolate the permanent deformation for Abaqus.

압축: 비탄성 변형

ε̃_기음^~에 = ε_기음 – (σ_기음 / E₀)

인장력: 균열 변형

• E0: Initial Modulus of Elasticity
• σ: Uniaxial Stress (Test Data)
• ε: Total Strain (Test Data)
• σ / E0: Elastic portion to be removed

가공되지 않은 테스트 데이터로 인해 Abaqus가 중단되는 이유는 무엇일까요?

원시 테스트 데이터에는 초기 탄성 분기가 포함됩니다. 그러나 Abaqus 콘크리트 손상 소성 모델 다음 시점부터 데이터 기록을 시작합니다. 소성 변형의 시작. 탄성 부분을 소성 탭에 포함시키면 Abaqus는 응력이 계속 변하는 동안에도 소성 변형률이 0이라고 판단합니다.

내부적으로 소프트웨어는 입력값을 기반으로 특정 소성 변형률 값을 계산해야 합니다. 원시 데이터를 사용하면 수학적 오류가 발생하여 초기 몇 단계 계산 중에 솔버가 중단됩니다.

The “Golden Rule”: Positive and Monotonically Increasing

분석을 실행하기 전에 Excel의 열을 확인하십시오. 다음 두 가지 엄격한 기준을 충족해야 합니다.

1. 값은 양수여야 합니다. 소성 변형률은 음수가 될 수 없습니다.
2. 값은 단조 증가해야 합니다. 균주 열의 모든 값은 바로 앞의 값보다 커야 합니다.

응력이 감소함에 따라 변형률 값이 떨어지거나 그대로 유지되면 Abaqus는 "음의 소성 변형률" 오류를 발생시킵니다. 또한, 이러한 "단조성"을 확보하는 것이 고도로 비선형적인 시뮬레이션에서 "시도 횟수 초과" 오류를 방지하는 가장 좋은 방법입니다.

Expert CDP Data Rules:

• The Yield Point Rule: Specifically, your data in the Plasticity tab must start exactly at the onset of plastic deformation. Consequently, the first row of your strain column (Inelastic or Cracking) must always be 0.
• Troubleshooting Tip: If the E0 used in your spreadsheet formulas does not perfectly match the Modulus of Elasticity in your Abaqus settings, your calculated strains might become negative. If this happens, Abaqus will throw an error and abort the simulation immediately.

The “Spring & Clay” Analogy:

Think of concrete like a spring attached to a piece of clay. When you pull it, the spring stretches (elastic) and the clay deforms (plastic). The abaqus concrete damage plasticity model only wants to know how much the clay itself stretched permanently. If you include the spring’s movement in your data, the software gets confused and stalls the engine.

Modeling Stiffness Degradation (Damage & Recovery)

응력-변형률 표는 재료의 강도를 정의하지만, 재료가 어떻게 변형되는지에 대한 정보는 Abaqus에 제공하지 않습니다. 단단함 콘크리트는 파손됨에 따라 성능이 저하되어야 합니다. 콘크리트의 물리적 "약화"를 시뮬레이션하려면 다음을 구현해야 합니다. 손상 하위 옵션. 이는 하중 제거, 재하 또는 재료가 원래의 탄성 상태로 되돌아가지 않는 주기적 거동과 관련된 모든 시뮬레이션에 매우 중요합니다.

실험실 데이터 없이 피해액을 추정하는 방법: 이상적으로는 손상 매개변수는 복합 반복 하중 시험을 통해 얻어야 합니다. 하지만 표준 단축 시험 데이터만 있는 경우, 다음을 사용할 수 있습니다. 근사 공식 스칼라 손상 변수를 추정하기 위해. 이러한 변수들은 다음을 나타냅니다. 탄성 강성 손실률, ~부터 ~까지 0 (손상 없음) 에게 1 (완전한 근력 상실).

강성 회복의 논리: 콘크리트는 독특한 "치유" 특성을 가지고 있습니다. 인장 균열이 압축력에 의해 닫히면 재료는 하중을 견딜 수 있는 능력을 회복합니다. Abaqus 콘크리트 손상 소성 모델, 이는 복구 매개변수에 의해 제어됩니다. 그리고 이러한 설정을 올바르게 하면 모델이 하중 반전 시 발생하는 "균열 폐쇄" 효과를 정확하게 포착할 수 있습니다.

• The “0 to 1” Rule: Damage variables must range from 0 (undamaged) to 1 (failed). Values in your Excel must be positive and monotonically increasing. If damage decreases as strain increases, Abaqus will abort the simulation.

Physical Analogy: Micro-Cracks & Exhaustion

If the “Strain Math” was about measuring how much the clay permanently stretched, these Damage Parameters are about measuring how many micro-cracks have formed in the material’s internal structure.

Damage tells Abaqus that the material is “exhausted” and can no longer hold the same load it once did, even if the strain remains the same.

이 문제에 대한 더 자세한 내용은 이 영상을 시청하세요.

What If I DO NOT Have Test Data for CDP Model? | V알리데이티드 SCDP 테이블

특정 실험실 검사 데이터가 없는 연구자들의 경우, 단순화된 콘크리트 손상 소성도(SCDP) 이 모델은 표준 콘크리트 등급에 대한 검증된 표 형식 값을 제공합니다.

실험적인 응력-변형률 곡선이 없는 경우, 다음을 사용할 수 있습니다. SCDP 매개변수. 이러한 기준에서, “"비"” 를 의미합니다 베톤 (구체적인 것)이며, 숫자는 다음을 나타냅니다. 최대 압축 강도 단위는 MPa입니다. 이 표는 정확한 값을 제공합니다. 항복응력 그리고 비탄성/균열 변형 Abaqus 소성 및 손상 하위 옵션에 필요한 값입니다.

검증된 SCDP 재료 테이블

• 모든 등급에 대한 표준 소성 매개변수:

– Dilation Angle: 31°
– Eccentricity: 0.1
– fb0/fc0: 1.16
– K: 0.67
– Viscosity: 0

• Data Sources & Additional Reference:

The values in these tables were derived from the Simplified Concrete Damage Plasticity (SCDP) model. For a complete dataset and more in-depth analytical models, please refer to the following original research publication:
콘크리트의 단순화된 손상 소성 모델 (하페졸고라니 외)

몇 가지 참고 사항

• 균주 원산지: 참고로, 모든 등급에서 비탄성 변형률은 다음 지점에서 시작됩니다. 0 항복응력이 처음 도달할 때.
• 인장 강도: SCDP 모델에서 초기 인장 강도()는 일반적으로 다음과 같이 가정됩니다. 최대 압축 강도의 10% (예: B30 등급의 경우 3.0 MPa).
• 신뢰할 수 있음: 이 간소화된 접근 방식(SCDP)은 3D 비선형 유한 요소 모델 및 경험적 공식과 비교하여 검증되었으며, 보와 기둥에 대해 탁월한 상관관계를 보여줍니다.

Specialized Calibration for UHPC (Ultra-High Performance Concrete)

모델링할 때 초고성능 콘크리트(UHPC), 일반 콘크리트에 사용되는 표준 매개변수는 종종 조기 파손이나 부정확한 응력 분포를 초래합니다. 이는 UHPC가 굵은 골재가 없어 전단 맞물림이 감소하고, 상당한 응력 분포를 유발하는 강섬유를 함유하고 있기 때문입니다. 인장 가교 효과.

UHPC의 높은 연성과 삼축 강도를 포착하기 위해 Abaqus 콘크리트 손상 소성 모델, 연구 결과 Fakeh et al. (2023) 이는 소성 유동 법칙에 대한 특수한 보정을 제안합니다. 일반적으로 30°~40°의 팽창 각도를 사용하는 표준 콘크리트와 달리, UHPC는 소성 전단 중 발생하는 고유한 부피 변화를 고려하기 위해 훨씬 더 큰 팽창 각도가 필요합니다.

메모: 다음 사항을 기억하는 것이 중요합니다. Abaqus 콘크리트 손상 소성 모델, 그 이축 응력비 는 다음과 같이 표기됩니다. 소프트웨어 인터페이스에서는 기술 문헌(연구를 포함함)에서 초고성능 컴퓨터—종종 다음 표기법을 사용합니다. .

CDP for Masonry Structures

반면 콘크리트 손상 가소성(CDP) 이 모델은 콘크리트용으로 설계되었으며, 탄성 후 거동을 시뮬레이션하는 표준 모델이 되었습니다. 벽돌공 직. 대규모 건물을 모델링할 때 벽돌과 모르타르 이음매 하나하나를 개별적으로 처리하는 것(마이크로 모델링)은 계산 비용이 매우 많이 듭니다. 대신 엔지니어들은 다른 방법을 사용합니다. 균질 연속체 이 접근 방식에서는 벽돌 구조물을 동일한 특성을 가진 단일 균일 재료로 모델링합니다.

팽창에 미치는 "질감"의 영향)

석조 연구에서 중요한 발견은 다음과 같은 관계에 있다. 벽면 질감 그리고 확대각().

• 마이크로 모델에서: 팽창률은 일반적으로 낮습니다(약 20°). 이는 모르타르 자체의 특성을 반영하기 때문입니다.
• 거시 모델(연속체)에서: 실험 결과와 일치시키려면 팽창각은 다음과 같아야 합니다. 상당히 높은 (종종 도달함) 36.9°).

이는 벽돌의 물리적 맞물림(질감)이 재료 자체의 팽창률보다 더 높은 팽창률을 유발하는 "입자형" 효과를 만들어내기 때문입니다. 팽창 각도를 증가시키지 않으면 연속체 모델은 실제 시험 결과에 비해 강도가 조기에 저하되는 것을 보여줍니다.

How to Simulate CDP Model Failure?

현재 Abaqus/CAE GUI의 CDP 창에는 재료 파손을 위한 전용 필드가 없으므로 수동으로 입력해야 합니다. 키워드 편집 입력 파일로.

표준 콘크리트 손상 가소성(CDP) 시뮬레이션에서 100% 손상(d=1)에 도달한 요소는 모델에 남아 있어 종종 비현실적으로 보이는 "늘어짐" 또는 왜곡된 메쉬가 생성됩니다. 실제를 시뮬레이션하려면 눌러 터뜨리는 또는 박리 물리적으로 재료를 제거하는 경우 활성화해야 합니다. 요소 삭제.

The *CONCRETE FAILURE Keyword Edit

이 명령은 Abaqus에게 특정 변형률 수준에서 요소가 "파손"된 것으로 간주되어 계산에서 제외되어야 함을 알려줍니다.

1. 에서 모델 트리, 모델 이름을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 선택하세요. 키워드 편집.
2. 재료 정의 블록(*MATERIAL, NAME=CONCRETE 아래)을 찾으십시오.
3. *콘크리트 인장 손상* 또는 *콘크리트 압축 손상* 데이터 행 바로 아래에 다음 블록을 삽입하십시오.

• : 요소가 파손되는 인장 균열 변형률.
• : 파괴 시 압축 비탄성 변형률.
• 그리고 : 인장 및 압축 손상 변수(일반적으로) 0.99해당 요소가 삭제되는 시점입니다.

전문가 지도: 출처에 따르면, 다음 값들을 입력해야 합니다. 맨 마지막 줄 재료 특성표를 참조하십시오. 예를 들어, 당사의 SCDP 표에서 B20 등급을 사용하는 경우 파괴 시 비탄성 변형률은 다음과 같습니다. 0.0035.

추가 콘크리트 등급(B30, B40, B50)에 대한 전체 데이터 세트를 얻으려면 원 연구 논문을 참조하십시오. Hafezolghorani et al. (2017) – “Simplified Damage Plasticity Model for Concrete” .

Enabling Deletion in the Mesh Module

키워드를 추가하더라도 메시가 해당 요소를 사라지게 하도록 설정하지 않으면 요소는 사라지지 않습니다.

1. 로 가다 메시 모듈 그리고 선택하세요 메쉬 > 요소 유형.
2. 콘크리트 부품을 선택하세요.
3. 대화 상자에서 찾으세요 요소 삭제 그리고 토글을 변경하세요 예.

Setting up the “Status” Field Output

시각화 모듈(ODB)에서 요소가 사라지는 것을 보려면 다음을 요청해야 합니다. 상태 변하기 쉬운.

1. 가다 단계 모듈 > 출력 > 필드 출력 요청.
2. ~하에 실패/파괴 해당 카테고리에 해당하는 항목을 선택하세요. 상태.
3. 보장하다 손상 그리고 손상 또한 포괄적인 균열 추적을 위해 선택됩니다.

Ho to do a CDP Simulation in Abaqus? | 실습 과정 (2D 빔 예시)

재료 매개변수가 완벽하더라도 상호작용 정의가 잘못되었거나 경계 조건에서 수치적 특이점이 발생하면 시뮬레이션이 실패할 수 있습니다. 2차원 평면 빔의 경우 정확성과 수렴성을 위해서는 두 가지 특정 설정 기법이 필수적입니다.

1. "내장 영역" 제약 조건을 통한 강화

Abaqus에서 철근은 일반적으로 다음을 사용하여 모델링됩니다. 트러스 요소 철근은 주로 축 방향 인장 및 압축에 저항하기 때문에 콘크리트에 사용됩니다. 그러나 단순히 철근을 콘크리트 내부에 배치하는 것만으로는 충분하지 않으며, 철근들이 하나의 단위로 변형되도록 서로 "고정"시켜야 합니다.

• 논리: 구속 조건이 없다면 콘크리트는 변형되는 반면 철근은 공간에서 고정된 상태를 유지하게 됩니다.
• 설정: 사용하다 내장 영역 제약 조건은 다음과 같습니다. 상호작용 모듈.

    ◦ 내장 영역: 원하는 철근 세트를 선택하세요.

    ◦ 호스트 지역: 콘크리트 보 부분을 선택하세요.

• 꿀팁: 만들다 세트 조립 모듈에서 철근과 콘크리트를 함께 이동하기 전에 위치를 조정하십시오. 이렇게 하면 철근이 보 내부에 숨겨진 후 구속 조건 메뉴에서 선택하기가 훨씬 쉬워집니다.

2. 지지대에서의 응력 집중 처리

2D 모델의 단일 노드에 경계 조건이나 하중을 직접 적용하면 다음과 같은 결과가 나타납니다. 수학적 특이점 (한 지점에 무한대의 응력이 가해지는 경우) 이로 인해 국부적인 콘크리트 파괴가 발생하여 해석 프로그램이 중단되는 경우가 많습니다.

• 해결책: 사용 해석적으로 강체인 표면 지지대 또는 로딩 롤러를 나타내기 위해.
• 구현:

1. 다음과 같은 지원을 만드십시오. 분석적 경직 부분 (보통 반원 또는 원기둥 모양).
2. 정의하다 기준점(RP) 각 지지대는 움직임이나 고정을 제어하기 위한 것입니다.
3. 설립하다 표면 간 상호작용 견고한 지지대(마스터)와 빔 하단(슬레이브) 사이.
4. 설정하세요 상호 작용 속성 정상적인 동작의 경우 "강한 접촉"으로, 접선 방향 동작의 경우 "마찰 없음"으로 설정합니다.

Practical Interaction & Loading Tips

Embedded Region Constraint:

• 철근을 다음과 같이 정의합니다. 티투디2 (트러스) 또는 비21 (빔) 요소.
• 철근을 다음과 같이 설정하십시오. 내장 영역 그리고 콘크리트는 호스트 지역.
• 국부적인 변형을 방지하기 위해 철근과 콘크리트용 메쉬 시드가 호환되는지 확인하십시오.

Analytical Rigid Surfaces:

• 노드 제약 조건을 피하고 다음을 사용하십시오. 강성 지지대 반응을 분산시키기 위해.
• 고치세요 RP 변환 및 회전을 위한 (기준점).
• 적용하다 하드 컨택트 보가 지지대를 관통하는 것을 방지하기 위해서입니다.

단계별 튜토리얼은 이 비디오를 시청하세요.

Common Issues and Troubleshooting

이제 Abaqus에서 CDP 모델링을 할 때 가장 흔히 발생하는 문제점과 해결 방법을 살펴보겠습니다.

1. "시도 횟수 초과" 오류 해결 방법

이 오류는 재료의 비선형성이 너무 높아(종종 갑작스러운 균열로 인해) 해석기가 지정된 증분 내에서 안정적인 수학적 상태를 찾을 수 없을 때 발생합니다.

• 수치적 윤활제: 이를 우회하기 위해 Abaqus는 다음과 같은 하위 옵션을 제공합니다. 점소성 정규화, 에 의해 지배됨 점도 매개변수().
• 논리: 점성으로 인해 응력 상태가 항복면 "외부"에 일시적으로 존재할 수 있으므로 수치적 응답이 부드러워지고 해석기가 파괴 중 발생하는 국부적인 불안정성을 우회할 수 있습니다.
• 최적 설정: 표준 철근 콘크리트의 경우, 값은 다음과 같습니다. 0.0005 속도와 정확도의 균형을 맞추는 데 최적의 방법으로 여겨집니다. 보다 안정적인 모델이나 단순한 형상의 경우 연구자들은 종종 다른 방법을 사용합니다. 0.0001.

꿀팁: 이 오류의 발생 원리와 고급 해결 설정에 대한 자세한 내용은 다음 상세 가이드를 참조하십시오. 이 증가를 위해 너무 많은 시도가 이루어졌습니다..

2. 왜 응력이 입력 항복 응력을 초과하는가?

사용자들은 종종 출력 스트레스()는 항복응력보다 약간 높습니다. 또는 ) 그들은 속성 모듈에 입력했습니다.

• 이유: 이는 다음의 직접적인 부작용입니다. 점도 매개변수(). 점소성으로 인해 응력 상태가 항복면 외부에 존재하더라도 수렴이 이루어지기 때문에, "과응력"은 안정적인 시뮬레이션을 얻기 위해 지불해야 하는 수치적 대가입니다.
• 확인: 응력이 상당히 높으면(10-15% 초과) 점도가 너무 높다는 것을 나타냅니다.

3. “허구적인 과강도”를 피하는 방법”

값을 높이면 모델이 "안정적"이 되고 실행이 쉬워지지만, 너무 높은 값은 문제를 야기합니다. 허구의 과강도.

• 위험 요소: 만약 값이 과도하면, 모델은 실험 데이터보다 훨씬 높은 최대 하중을 나타내며, 연화 곡선은 인위적으로 매끄럽고 연성적으로 보일 것입니다.
• 보정: 항상 민감도 검사를 실행하십시오. 값을 줄였을 때 하중-변위 곡선이 크게 변한다면 현재 값이 너무 높아서 시뮬레이션의 물리적 정확도를 저해하고 있을 가능성이 큽니다.

결론

이 가이드 전반에 걸쳐 우리는 기본적인 탄성 반응에서 시작하여 복잡한 수학적 계산으로 나아갔습니다. 완화 체제 그리고 점소성 정규화. 우리는 어떻게 되는지 보았습니다. 확장각 콘크리트의 골재 맞물림과 벽돌 구조물의 거시적 모델에서 기하학적 질감을 대신하는 역할을 합니다.

성공적인 시뮬레이션이란 단순히 시간 단계의 끝에 도달하는 것만이 아니라 물리적 무결성을 유지하는 것임을 기억하십시오. 이를 위해서는 다음을 사용해야 합니다. SCDP 테이블 교정을 위해 구현합니다. *콘크리트 파손 시각적인 요소 및 튜닝을 위한 키워드 점도 수치적 불안정성을 해결하기 위해 이제 전문가 수준의 워크플로우를 갖추게 되었습니다. 이제 작업을 제출하고 결과를 직접 확인해 보세요.

여기서는 CDP 또는 콘크리트 손상 가소성에 대한 몇 가지 사용자 질문을 제시합니다.

I. CDP 분석

큐: CDP 모델을 사용하여 작은 정육면체 부품을 만들었습니다. 필요한 경계 조건을 설정한 후 하중을 적용했습니다. ODB 파일의 응력을 확인해 보니 일부 요소의 응력이 입력한 항복 응력보다 더 큰 것으로 나타났습니다. 이에 대한 설명이 있을까요?

에이: 두 가지 문제가 발생했을 수 있습니다. 하나는 CDP 매개변수를 올바르게 입력하지 않은 것입니다. 단위가 잘못되었거나 다른 문제가 있을 수 있습니다. 다른 하나는 압축 및 인장 거동을 정의할 때 다이어그램의 기울기를 제어하지 않은 것입니다.

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초보자를 위한 Abaqus 튜토리얼(토목공학을 위한 Abaqus 튜토리얼)

II. 콘크리트 손상 소성 Abaqus 시뮬레이션

큐: 콘크리트 손상 소성 Abaqus 시뮬레이션에서 저는 섬유 콘크리트를 사용하고 있습니다. 이전에 EN 14651(3점 굽힘) 시험을 모델링했고, 이번에는 "실제" 보를 시험하고 있습니다. 사진(그림 1)에서 볼 수 있듯이, 이 보에는 종방향 철근과 스터럽이 있습니다. 작은 시험 영역에는 스터럽이 없습니다(전단 응력을 다루고 있습니다). 그러나 재료 입력 응력의 변화에 관계없이 피크 후 영역의 하중-변위 그래프는 하중이 증가하는 것을 보여줍니다(그림 2와 3).

그만큼 지원합니다 (지지대는 그리지 않은 채) 보 영역에 배치되었고, 변위는 "커플링"이 있는 RP(역방향 지지)에 적용되었습니다. "매립 영역"에도 보강재가 있습니다. YouTube 동영상에서 무작위로 선택된 재료를 사용하여 테스트해 보니 강도가 계속 증가하고 있습니다. 제 모델에 문제가 있는 걸까요? 또한, 최대 하중이 실험 데이터보다 상당히 높습니다. 그림 4와 5는 CDP(역방향 지지) 데이터를 보여줍니다.

그림 1

그림 2

그림 3

그림 4

그림 5

에이: 우선, YouTube 동영상에서 무작위 자료를 입력하여 실험 결과와 유사한 결과를 기대할 수는 없습니다. 입력하는 데이터는 실험 테스트의 데이터와 일치해야 합니다.

둘째, 사용하는 데이터가 실제 공학 데이터인지, 그리고 실험 데이터와 일치하는지 확인해야 합니다. 응력 데이터가 실제와 같으면, 얻은 다이어그램이 정확할 수 있습니다.

마지막으로 추천하는 방법은 입력 데이터 단위를 확인하고 모델을 다시 확인하는 것입니다. 뭔가 잘못했을 수도 있습니다. 아래 링크도 참고해 보세요. 많은 도움이 될 겁니다.

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III. Abaqus에서의 콘크리트 손상 소성(CDP) 모델

큐: 전단벽의 경계 요소를 확대하여 CDP 모델을 생성했습니다. 500mm 변위로 비선형 정적 해석을 수행했습니다. 확대된 경계 요소(기둥)에서 종방향 철근량을 증가시켰을 때 결과에는 차이가 없었습니다. 즉, 종방향 철근 구속 효과가 눈에 띄지 않는다는 뜻입니다.

Abaqus에서 RCC 기둥을 모델링하는 동안 타이의 구속 효과를 얻으려면 어떻게 해야 합니까?

에이: 기둥 보강을 어떻게 늘리셨는지 모르겠습니다. 모델을 다시 확인해 보시는 게 좋겠습니다. 철근 개수를 늘리고 단면적을 동시에 줄이면 서로 상쇄되어 응력이 변하지 않을 수 있습니다. 만약 그렇게 하셨다면, 철근 중 하나를 변경하거나, 둘 다 변경하고 싶으시다면 모델에서 효과를 확인할 수 있도록 적절히 변경해 보세요.

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물론 Abaqus에 대해 더 자세히 알아보려면 언제든지 다음을 참조하세요. Abaqus 문서.