Implementation of a smeared crack model in the finite element method and its application to two-dimensional nonlinear analysis of concrete beams

• Tamásco Sandoval, Juan Carlos ^[1] ; Estrada Mejia, Martín ^[1] ; Linero, Dorian ^[1]
  1. [1] Universidad Nacional de Colombia

     Universidad Nacional de Colombia

     Colombia

     
• Localización: Revista ingeniería de construcción, ISSN-e 0718-5073, Vol. 39, Nº. 1, 2024, págs. 63-76
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Implementación de un modelo de fisura cohesiva en el método de los elementos finitos y su aplicación al análisis no lineal bidimensional de vigas de concreto
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• Resumen
  • español

    Este artículo describe la implementación de un modelo bidimensional de fisura distribuida rotante en el marco del análisis no-lineal mediante el método de los elementos finitos, y su aplicación al comportamiento mecánico del concreto simple. En este trabajo se adapta la formulación general del modelo de fisura distribuida rotante para tres leyes de ablandamiento del concreto en modo I de fractura, considerando deformaciones infinitesimales, cargas estáticas y estado plano de esfuerzos o de deformaciones. Asimismo, se implementa un modelo constitutivo de fisuración distribuida y tres leyes de ablandamiento en lenguaje Fortran, dentro del programa a código abierto de análisis no-lineal por elementos finitos HYPLAS. El preproceso de mallado del dominio y el postproceso de presentación gráfica de los resultados se realiza con los programas GMSH o GiD. Finalmente, se simulan tres ensayos experimentales de vigas de concreto realizados por otros autores. La concentración de líneas de contorno del desplazamiento obtenidas en la simulación representan el patrón de fisuración en el sólido. Por otro lado, la relación entre la carga aplicada y el desplazamiento representativo en cada paso de análisis describe la respuesta mecánica de la viga. Otras entidades calculadas fueron la apertura de fisura y los esfuerzos principales en el sólido. Los resultados numéricos fueron satisfactorios en comparación con los ensayos experimentales.

     

  • English

    This paper describes the implementation of a two-dimensional rotating smeared crack model within the framework of a nonlinear finite element analysis code, and its application to the mechanical behavior of the plain concrete. In this work, the formulation of three concrete softening law subjected to fracture Mode-I is adapted, considering infinitesimal strains, static loads and two-dimensional conditions. The rotating smeared crack model and the three softening laws are all implemented in Fortran language, into the open source software for nonlinear finite element analysis HYPLAS. The pre- and post-process for a graphical representation of the mesh and the results are done with GMSH or GiD.  Finally, three experimental tests of concrete beams of other authors are simulated. The concentration of the displacement contour lines obtained in the simulation represents the crack patterns in the solid. The relationship between the applied load and the representative displacement in each analysis step describes the mechanical response of the beam. Other computed parameters were the crack opening and the principal stresses in the solid. The numerical results were satisfactory in comparison with the experimental tests.