DOI 10.24411/1683-805X-2018-16013

 

УДК 539.4 

 

Based on the tenets of continuum micromechanics, a damage model is developed in the present work to investigate the effect of microcracking on the constitutive relations of cement based materials such as concrete. The model considers concrete as a two phase particulate composite consisting of coarse aggregates and mortar matrix. The microcracks are assumed to be present in the matrix material. Making use of Eshelby's solution for equivalent inclusion, the stress and strain fields are evaluated at the mesoscale. A two step homogenization scheme is adopted to obtain the effective response of the composite. The crack density parameter is used as a damage variable in the formulation. Strain energy release rate, obtained from the micromechanical analysis, is used as the criterion for describing the propagation of microcracks. The effect of various mesoscopic parameters, such as aggregate content, elastic properties of the phases, microcrack density and fracture resistance of the matrix, on the overall behavior of concrete is demonstrated through a parametric study.

Keywords: microcracks, micromechanics, homogenization, inclusion, matrix

Модель микромеханического повреждения обычного бетона с учетом распространения микротрещин в матрице

В работе в рамках микромеханики сплошных сред разработана модель повреждения, которая позволяет исследовать влияние образования микротрещин на определяющие соотношения для материалов на основе цемента, таких как бетон. В модели бетон рассматривается как двухфазный дисперсно-наполненный композит, состоящий из крупного заполнителя и цементного раствора, в котором могут образовываться микротрещины. На основе решения Эшелби для эквивалентного включения определены поля напряжений и деформаций на мезомасштабном уровне. С помощью двухшаговой схемы гомогенизации получен эффективный отклик композита. При постановке задачи в качестве переменной повреждения использован параметр плотности трещин. Скорость высвобождения энергии деформации, полученная на основе микромеханического анализа, служит критерием распространения микротрещин. В ходе параметрического исследования описано влияние различных мезоскопических параметров, таких как содержание заполнителя, упругие свойства фаз, плотность микротрещин и сопротивление разрушению матрицы, на поведение бетонного образца как целого.

Ключевые слова: микротрещины, микромеханика, гомогенизация, включение, матрица

 

 

 

Sudakshina Dutta, J.M. Chandra Kishen  Micromechanical damage model for plain concrete considering propagation of matrix microcracks // Физ. мезомех. - 2018. - Т. 21. - № 6. - С. 93-102