Build a computer Application for optimizing the damage calculations of concrete material

Abstract

يعد تحليل العناصر المحدودة للخرسانة التالفة عملية معقدة للغاية من خلال حقيقة أن الخرسانة هي أكثر المواد تعقيدًا للنمذجة. ومع ذلك ، فإن الهدف الرئيسي من العمل الحالي هو تطوير رنامج حاسوبي مفتوح المصدر تحت مسمى "Concrete" باستخدام تقنية البرمجة الحديثة "OOP" لنمذجة عينات الخرسانة ذات الاشكال المكعبة والأسطوانية. تم برمجة مادة الخرسانية في البرنامج الحاسوبي المطور من خلال الشكل الثاني من النموذج المشهور (Plastic Damage Model PDM)للتعامل مع تدهور الصلابة المرنة الناتج عن الإجهاد بالإضافة إلى تأثيرات استعادة الصلابة تحت التحميل الدوري. في هذا العمل تم التخلص من عملية معايرة المعاملات المطلوبة في النموذج حيث تم اقتراح نهج رقمي جديد لتقدير كل من منحنيات اجهاد التوتر في حالتي الانضغاط والشد وكذا تطويرمعامل تدهور الخرسانة في كلتا الحالتين. بالإضافة إلى القيم الافتراضية من لزاوية التمدد، والانحراف، والنسبة ، والنسبة . تم اقتراح النهج الذي تم تطويره وفقًا لتوصياتModel Code تم إنشاء الكود المطور في إطار Visual Studio 2019 (تم ترحيله إلى Visual Studio 2022) باستخدام لغة Vb.Net وتقنية WinForms لبناء المحرك وواجهة المستخدم الرسومية GUI. تم اختيار نموذج البرمجة OOP كأسلوب برمجي لتطوير برنامج الخرسانة. في نفس الاتجاه ، تم استخدام مكتباتOpenTkو Triangle.Net في البرنامج المطور من أجل تحسين عملية الرسم في كل من السرعة والجودة وإنشاء شبكات ثنائية الأبعاد للعينات الأسطوانية ، على التوالي.

Finite element analysis of damaged concrete is a very complicated process by the fact that concrete is the most complex material to model in the analysis. However, the main aim of the present work is to provide an open-source finite element computer code under the name “Concrete” using the modern coding paradigm “Object-Oriented Programming” to model cubical and cylindrical concrete samples. The concrete material was implemented in the developed code through the second form of the famous constitutive low Plastic Damage Model (PDM) to handle the elastic stiffness degradation induced by the plastic straining in addition to the stiffness recovery effects under cyclic loading. The calibration process of the required parameters in the Damage plastic model was eliminated in the present work where a new numerical approach was suggested to auto-estimate each of; the stress-strain diagrams for the compressive and the tensile cases, in addition to the damage parameters evolutions for both cases. Also, default values from the literature were suggested for the dilation angle , the eccentricity , the ratio , and the ratio . The developed approach was developed in accordance with the Model Code recommendations. The developed code was built under visual studio 2019 (migrated to visual studio 2022) using the Vb.Net language and the WinForms technology to build the engine and the Graphical User Interface GUI; respectively. The Object-Oriented Programming paradigm was selected as a coding technique to develop Concrete software. In the same manner, the OpenTk and the Triangle.Net libraries were used in the developed software in order to improve the drawing process in speed and quality and generate 2D meshes for the cylindrical samples, respectively.

L'analyse par éléments finis du béton endommagé est un processus très complexe en raison de la complexité des lois de comportement conçues pour simuler le comportement réel de béton y’a compris la phase de dégradation. Dans cecontexte, l'objectif principal du présent travail est ledéveloppementd’une application numérique baptisée «Concrete » avec la méthode des éléments finis et les objetsorientéspour modéliser les éprouvettes cylindriques et les éprouvettes cubiques de bétony’a compris la phase de dégradation. Le béton a été implémenté dans le code développé à travers de la deuxième forme de laloi de comportement « Modèle d’endommagement de Lubliner »pour gérer la dégradation de la rigidité élastique induite par la déformation plastique en plus des effets de récupération de la rigidité sous chargement cyclique. L'étalonnage des paramètres requispour l’exécution dumodèlea été éliminé dans le présent travail à travers d’une nouvelle approche numérique qui permet d’auto-estimer les évolutions des contraintes et des paramètres d’endommagement dans les deux cas ; compression et traction. De plus, des valeurs typiques ont été proposées pour l'angle de dilatation,l’excentricité, le rapport et le rapport . L'approche développée a été élaborée conformément aux recommandations du Code modèle. L’application numérique a été développé sous Visual Studio 2019 (mettre à niveau vers Visual Studio 2022) en utilisant le langage Vb.Net et la technique WinForms pour construire le moteur et l'interface graphique; respectivement. Le paradigme de la programmation orientée objet a été sélectionné comme technique de programmation. Les bibliothèques OpenTk et Triangle.Net ont été utilisées dans le logiciel développé afin d'améliorer le processus de dessin en termes de vitesse et de qualité et de calculer le maillage 2D pour les échantillons cylindriques, respectivement.