Development and calibration of a concrete material FEM model for use in impact simulations

The demand for road safety is closely linked to the increasing need for mobility, which has risen significantly in recent decades in Italy and other economically advanced countries. Conducting real vehicle collision tests on full-scale road safety barriers is essential to understand the impact outcomes between a vehicle and a barrier. However, these tests require substantial time and financial resources. As a result, numerical simulations have become a crucial alternative method for testing barriers. For accurate numerical analyses and simulations of concrete barriers under dynamic conditions, a reliable concrete material model is essential. Developing such a model is complex and involves numerous input parameters that need to be determined through experimentation. To characterize the material, a series of static compression tests were conducted on standard concrete specimens, followed by the development and calibration of the corresponding numerical models. The material's behavior was then verified through a comparison between numerical results and experimental tests of four points bending tests. Validating these models required precise calibration to replicate the nonlinear response of structural concrete elements. The idea of the thesis work was born thanks to research done by CrashTech s.r.l and the thesis was conducted with the support of the Company

La necessità di sicurezza stradale è strettamente legata alla crescente domanda di mobilità, che è aumentata significativamente negli ultimi decenni in Italia e in altri paesi economicamente avanzati. Condurre prove sperimentali di impatto veicolare su barriere di sicurezza stradale in scala reale è essenziale per comprendere gli esiti degli impatti tra un veicolo e una barriera. Tuttavia, tali test richiedono notevoli risorse temporali e finanziarie. Di conseguenza, le simulazioni numeriche sono diventate un metodo alternativo fondamentale per testare le barriere, specialmente quelle in cemento. Per un'analisi e una simulazione numerica accurate delle barriere in cemento sotto condizioni dinamiche estreme, è essenziale disporre di un modello di materiale affidabile per il cemento. Lo sviluppo di un tale modello è complesso e implica numerosi parametri di input che devono essere determinati tramite sperimentazione. Per caratterizzare il materiale, sono stati condotti una serie di test di compressione statica su campioni cilindrici di cemento, seguiti dallo sviluppo e calibrazione dei modelli numerici corrispondenti. Il comportamento del materiale è stato poi verificato attraverso una correlazione tra i risultati numerici e i test sperimentali di flessione a quattro punti. La validazione di questi modelli ha richiesto una calibrazione precisa per replicare la risposta altamente non lineare degli elementi strutturali in cemento. L'idea di questo lavoro di tesi è nata grazie alle ricerche condotte da CrashTech s.r.l. ed è stata realizzata con il loro supporto.