Используя математическое моделирование, можно получить представление о процессе разрушения хрупких неоднородных материалов без необходимости проведения дорогостоящих, сложных или даже невозможных экспериментов. Хрупкие и гетерогенные материалы, такие как горные породы, обычно демонстрируют большой разброс экспериментальных данных, поэтому существует необходимость в стохастической модели, которая могла бы имитировать такое поведение. В данной работе предлагается и оценивается новый численный подход, основанный на методе связанных дискретных элементов (Bonded Discrete Element Method), для моделирования неоднородных хрупких материалов. Модель имеет два основных источника данных о структуре материала.

Во-первых, зерна строятся как эллипсоидальные подмножества сферических дискретных элементов. Размеры и формы этих эллипсоидных подмножеств рандомизированы, что вносит неоднородность в форму зерен Во-вторых, микромеханические параметры составляющих частиц зерен задаются распределением Вейбулла. Модель была применена к Бразильскому тесту, где зарождение, распространение и ветвление трещин были исследованы для различных наборов прочностей, зернистости и неоднородностей бетонного образца. Было обнаружено, что зарождение и распространение трещин сильно зависит от уровня неоднородности и прочности бетона.

В частности, было обнаружено, что количество трещин, начинающихся от контакта с нагрузкой, преобладает в случаях с более высокой прочностью бетона и низкой неоднородностью, в то время как для случаев с более низкой прочностью бетона и высокой неоднородностью была обнаружена более серьезная зигзагообразная форма трещин. В целом, было установлено, что предложенная модель способна отражать типичные явления, связанные с хрупкими гетерогенными материалами, например, непредсказуемость прочности при растяжении и свойств трещин.

Все это очень сильно напоминает реализацию Bonded DEM, присутствовавшую в LS-DYNA лет 10 назад, однако закопанную — разработка была перенесена в сторону более перспективного SPG. Мне кажется, что использование Bonded DEM для подобных расчетов хрупкого разрушения, да еще и с применением статистики — это очень хороший подход, но он требует большого числа экспериментов для настройки. Хотя от экспериментов авторы, вроде как, и хотели уйти.

Оригинальная статья: https://link.springer.com/article/10.1007/s40571-021-00434-w

#concrete #dem #fracture https://tinyurl.com/yzl6s3v7

A statistical DEM approach for modelling heterogeneous brittle materials https://tinyurl.com/yzl6s3v7