Моделирование пористого материала методом конечных элементов

Моделирование пористого материала методом конечных элементов

Автор: Левандовский Андрей Николаевич, Мельников Борис Евгеньевич, Шамкин Артемий Александрович

Журнал: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy

Статья в выпуске: 2 (53), 2017 года.

Бесплатный доступ

Использование пористых материалов в промышленном строительстве требует разработки современных неразрушающих алгоритмов исследования и оптимизации эффективных механических свойств этих материалов. В настоящей работе рассмотрен подход к вычислению эффективного модуля упругости хрупкого пористого материала. Доступные оцифрованные данные о геометрии пор образца конвертируется непосредственно в геометрию конечных элементов, строится сетка, состоящих из одинаковых конечных элементов кубической формы. Определено пороговое разрешение, которое позволяет анализировать эффективные свойства пористых материалов без существенной потери точности, что облегчит в будущем решение вопроса о представительности рассматриваемых образцов, а также позволит ускорить процесс решения подобных задач. Описываемый подход может использоваться для моделирования однородных строительных материалов, а так же материалов с включениями в отсутствие геометрических нелинейностей и в пределах линейности модели материала

Еще

Пористый материал, эффективный модуль упругости, размер пор, томография, воксель, разрешение, метод конечных элементов, кубические элементы

Короткий адрес: https://sciup.org/14322372

IDR: 14322372   |   DOI: 10.18720/CUBS.53.5

Список литературы Моделирование пористого материала методом конечных элементов

  • Кривошапкина Е.Ф., Кривошапкин П.В., Дудкин Б.Н. Микропористая керамика кордиеритового состава на основе природного сырья. 2011. № 7. С. 27-32; УДК 546.05,549.057.
  • Соловьев С.А. Окислительная конверсия метана на структурированных катализаторах Ni-Al2O3/Кордиерит//Катализ в промышленности. 2011. № 4. С. 31-42; УДК 547.211: 542.943.
  • Gassmann F. Uber Die elastizitat poroser medien//Vier der Natur Gesellschaft. 1951. N 96. P.1-23.
  • Kachanov M., Tsukrov I., Shafiro B. Effective Moduli of Solids With Cavities of Various Shapes//Applied Mechanics Reviews. 1994. Vol. 47(1S). P. 151-174; DOI: 10.1115/1.3122813
  • Kachanov M., Sevostianov I., Shafiro B. Explicit cross-property correlations for porous materials with anisotropic microstructures//Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2001. Vol. 49(1). P. 1-25.
  • Knudsen F.P. Dependence of Mechanical Strength of Brittle Polycrystalline Specimens on Porosity and Grain Size//Journal of the American Ceramic Society Volume. 1959. Vol. 42(8). P. 376-387.
  • Bruno G., Efremov A.M., Levandovskyi A.N., Clausen B. Connecting the macro-and microstrain responses in technical porous ceramics: modeling and experimental validations//Journal of Materials Science. 2011. Vol. 46(1). P. 161-173; DOI: 10.1007/s10853-010-4899-0
  • Roberts A., Garboczi E.J. Elastic properties of model porous ceramics//Journal of the American Ceramic Society. 2000. Vol. 83(12). P. 3041-3048.
  • Шмитько Е.И., Резанов А.А., Бедарев А.А. Мультипараметрическая оптимизация структуры ячеистого силикатного бетона//Инженерно-строительный журнал. 2013. № 3. С. 15-23
  • Courant R., Variational methods for the solution of problems of equilibrium and vibrations//Bulletin of American Mathematic Society. 1943. Vol. 49. P. 1-23.
  • Галеркин Б.Г. Собрание сочинений. Том I. М.: Издательство АН СССР, 1952. 391 c.
  • Тимошенко С.П., Войновский-Кригер С. Пластины и оболочки. М.: Наука, 1966. 635 с.
  • Розин Л.А. Стержневые системы как системы конечных элементов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. 232 с.
  • Ашейчик А.А., Полонский В.Л. Расчёт деталей машин методом конечных элементов. СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2016. 243 с.
  • Roberts A.P., Garboczi E.J. Elastic properties of model random three-dimensional open-cell solids//Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 2002. Vol. 50(1). P. 33-55.
  • Roberts A., Garboczi E.J. Computation of the linear elastic properties of random porous materials with a wide variety of microstructure//Proceedings of the Royal Society. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2002. Vol. 458(2021). P. 1033-1054; ISSN 1364-5021; DOI: 10.1098/rspa.2001
  • Charles P. Ursenbach Simulation of elastic moduli for porous materials//CREWES Research Report. 2001. Vol. 13. P. 83-98.
  • Штерн М.Б., Кузьмов А.В., Фролова Е.Г., Вдовиченко А.В. Исследование упругого поведения порошковых материалов с плоскими порами методом прямого компьютерного моделирования на элементарной ячейке//Науковi нотатки Збiрник наукових праць. 2005. № 17. С. 390-398; УДК 621.762.
  • Garboczi E.J., Day A.R. An algorithm for computing the effective linear elastic properties of heterogeneous materials: 3D results for composites with equal phase Poisson ratios//Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 1995. Vol. 43. P. 1349-62.
  • Разина И.С., Семенова С. Г., Саттаров А. Г., Мусин И. Н. Применение микротомографии для исследования новых материалов. Обзор//Вестник Казанского государственного технологического университета. Казань: Изд-во Казанского государственного технологического университета; 2013. Т. 16, вып. 19. С. 163-169; УДК 620.1:622.23.05:62-408:678; ISSN 1998-7072.
  • Garboczi E.J. Bentz D.P., Martys N.S. Digital images and computer modeling in "Methods of the Physics of Porous Media"//Ed. P.-z. Wong. San Diego: Academic Press, 1999. Vol. 35(1). P. 1-41.
  • Garboczi E.J. Finite element and finite difference programs for computing the linear electric and elastic properties of digital images of random materials Систем. требования: Adobe Acrobat Reader. URL: ftp://ftp.nist.gov/pub/bfrl/garbocz/FDFEMANUAL/MANUAL.pdf (дата обращения: 20.11.2016)
  • Levandovskiy A.N., Efremov A.M., Bruno G. Macro to micro stress and strain conversion in porous ceramics//Materials Science Forum. 2012. Vol. 706-709. P. 1667-672.
  • Emerson J.E., Matt J.C., Reilly G.C., Amaka C. Offiah Geometrically accurate 3D FE models from medical scans created to analyse the causes of sports injuries//Procedia Engineering. 2011. Vol. 13. P. 422-427.
  • Рощин П.В., Рогачев М.К., Васкес Карденас Л.К., Кузьмин М.И., Литвин В.Т., Зиновьев А.М. Исследование кернового материала Печерского месторождения природного битума с помощью рентгеновского компьютерного микротомографа SKYSCAN 1174V2//Международный научно-исследовательский журнал. 2013. № 8(15), часть 2. С. 45-48; ISSN 2303-9868.
  • Yiotis A.G., Kainourgiakis M.E., Eustathios S. Kikkinides, Stubos A.K. Application of the Lattice-Boltzmann method to the modeling of population blob dynamics in 2 D porous domains.//Computers & Mathematics with Applications. April 2010. Vol. 59(7). P. 2315-2325.
  • Mo L.T., HuurmanM., Wu S.P., Molenaar A.A.A. 2D and 3D meso-scale finite element models for ravelling analysis of porous asphalt concrete//Finite Elements in Analysis and Design. 2008. Vol. 44(4). P. 186-196; ISSN 0168-874X.
  • Горшков А.С., Ватин Н.И. Свойства стеновых конструкций из ячеистобетонных изделий автоклавного твердения на полиуретановом клею//Инженерно-строительный журнал. 2013. № 5. С. 5-19.
  • Горшков А.С., Ватин Н.И. Инновационная технология возведения стеновых конструкций из газобетонных блоков на полиуретановый клей//Строительство уникальных зданий и сооружений. 2013. № 8. С. 20-28.
  • Никитин А.Н., Иванкина Т.И., Соболев Г.А., Шеффцюк К., Фришбуттер А., Вальтер К. Нейтронографические исследования внутрикристаллических деформаций и напряжений в образце мрамора при повышенных температурах и внешних механических нагрузках//Физика Земли. М.: Наука, 2004. № 1. C. 88-92.
  • Frishbutter A, Neov D, Scheffzu¨k C, Vrana M, Walther K. Lattice strain measurements on sandstones under load using neutron diffraction//Journal of Structural Geology. November 2000. Vol. 22(11-12). P. 1587-1600; ISSN 0191-814.
  • Darling T.W, TenCate J.A, Brown D.W., Clausen B., Vogel S.C. Neutron diffraction study of the contribution of grain contacts to nonlinear stress-strain behavior//Geophysical Research Letters. August 2004. Vol. 31(16/L16604). P. 1-4; doi:10.1029.
  • Bruno G., Efremov A.M., Levandovskiy A.N., Pozdnyakova I., Hughes D.J., Clausen B. Thermal and Mechanical Response of Industrial Porous Ceramics//Materials Science Forum. 2010. Vol. 652. P. 191-196; doi:10.4028.
  • Kouznetsova V.G. Computational homogenization for the multi-scale analysis of multi-phase materials: doctoral dissertation: 9.12.02/Kouznetsova Varvara. Eindhoven, 2002. 134 p.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp