Implementation of a cyclic triaxial material law for concrete in Abaqus

Concrete is non-homogeneous because it is composed of different types of materials. Besides, the non-linear stress-strain relation of concrete makes the behaviour prediction of concrete more complicated under stress conditions and strain hardening/softening (Al-Rifaie H., et al., 2021). Therefore, it can be difficult to accurately determine in a numerical manner the concrete damage/crack patterns. For this purpose, different constitutive models are used, (Cutneyt Aydin A., Tortum A., & Yavuz M., 2007) such as concrete damage plasticity, concrete smeared cracking, Winfrith and brittle cracking. (Al-Rifaie H. & Sumelka W., Auxetic damping systems for blast vulnerable structures,, 2020) (Hillerborg A., Modeer M., & Petersson P-E., 1976) (Mohammadreza Moharrami and Ioannis Koutromanos, 2016) In ABAQUS Software package, to analyse the nonlinear response of concrete a ‘Concrete Damaged Plasticity Model (CDPM)’ is available. The model is a continuum, plasticity-based, damage model for concrete. It assumes that the main two failure mechanisms are tensile cracking and compressive crushing of the concrete material. The evolution of the yield (or failure) surface is controlled by two hardening variables. (ABAQUS Analysiss User's Manual) This CDP model fails to show the strength/stiffness restoration upon crack closing in the cyclic loading. This is demonstrated in the following chapters. To get a response near to the actual a different model is required. This report comprises the results of using of the material law, developed by (Mazars J., Hamon, Francois, Grange, & Stephane, 2015), upon loading the specimen in cyclic manner. The software used is ABAQUS, and for this a User Material has been developed.

Il calcestruzzo non è omogeneo perché è composto da diversi tipi di materiali. Inoltre, la relazione sforzo-deformazione non lineare del calcestruzzo rende più complicata la previsione del comportamento del calcestruzzo in condizioni di stress e indurimento/ammorbidimento da deformazione (Al-Rifaie H., et al., 2021). Pertanto, può essere difficile determinare con precisione in modo numerico i modelli di danni/fessure del calcestruzzo. A questo scopo, vengono utilizzati diversi modelli costitutivi (Cutneyt Aydin A., Tortum A., & Yavuz M., 2007) come la plasticità dei danni del calcestruzzo, le crepe spalmate del calcestruzzo, le crepe di Winfrith e fragili. (Al-Rifaie H. e Sumelka W., Sistemi di smorzamento auxetici per strutture vulnerabili alle esplosioni,, 2020) (Hillerborg A., Modeer M. e Petersson P-E., 1976) (Mohammadreza Moharrami e Ioannis Koutromanos, 2016) Nel pacchetto software ABAQUS, per analizzare la risposta non lineare del calcestruzzo è disponibile un "Concrete Damaged Plasticity Model (CDPM)". Il modello è un modello di danno continuo, basato sulla plasticità, per il calcestruzzo. Presuppone che i due principali meccanismi di rottura siano la fessurazione da trazione e la frantumazione da compressione del materiale del calcestruzzo. L'evoluzione della superficie di snervamento (o rottura) è controllata da due variabili di indurimento. (Manuale utente di ABAQUS Analysiss) Questo modello CDP non riesce a mostrare il ripristino della resistenza/rigidità alla chiusura della fessura nel carico ciclico. Ciò è dimostrato nei capitoli seguenti. Per ottenere una risposta vicina a quella effettiva è necessario un modello diverso. Questo rapporto comprende i risultati dell'utilizzo della legge sui materiali, sviluppata da (Mazars J., Hamon, Francois, Grange, & Stephane, 2015), caricando il campione in modo ciclico. Il software utilizzato è ABAQUS, e per questo è stato sviluppato un materiale utente.