مدل سازی سه بعدی میکروساختار بتن با شکل سنگدانه های واقعی و بدست آوردن خواص مصالح ارتوتروپیک بتن با استفاده از روش اجزای محدود

مواد مصرفی مورد استفاده در یک سازه از مهمترین بخش های طراحی و اجرایی آن سازه می باشد. از طرفی علم مهندسی همیشه به دنبال مصالحی با کیفیت بالا می باشد از این رو مواد مرکب مورد توجه بسیاری از مهندسین و محققین قرار گرفته است. زمانیکه موادی با خواص مکانیکی مشخصی با یکدیگر ترکیب می شوند مواد مرکب با خواص مکانیکی نامعلوم به وجود می آید که جهت تعیین خواص مکانیکی مواد مرکب نیاز به انجام آزمایشات متعددی می باشد. با توجه به زمان بر بودن و هزینه زیاد این آزمایشات در سال های اخیر مطالعات گسترده ای برای رفع این مشکل انجام شده است. به طور کلی مطالعات انجام شده در این زمینه به دو دسته، روش های ماکرومکانیک و میکرومکانیک تقسیم بندی می شوند. در روش ماکرومکانیک خواص مکانیکی مواد مرکب با انجام آزمایشات متعددی تعیین می شود. در روش های میکرومکانیک با بررسی ویژگی های مواد سازنده، خواص مکانیکی مواد مرکب بدست می آیند. هدف از روش های میکرومکانیک رسیدن به روابط دقیق جهت بدست آوردن خواص مکانیکی مواد مرکب مانند مدول الاستیسیته، مدول برشی و نسبت پوآسن، بدون نیاز به ساخت مواد مرکب در آزمایشگاه می باشد. نتایج آزمایشاتی که در سال های اخیر در حوزه بدست آوردن خواص مکانیکی بتن انجام شده است نشان می دهند که خواص مکانیکی بتن تحت اثر شکل و اندازه سنگدانه ها تغییر می کند در نتیجه چگونگی شکل سنگدانه ها و چگالی آن ها حائز اهمیت می باشد. در این پژوهش یک مدل، نماینده حجم بتن(rve) تحت شرایط مرزی پریودیک(pbc) در نرم افزار abaqus مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از این نوع مدلسازی می توان با توجه به شکل و اندازه سنگدانه های مختلف، رفتار مکانیکی بتن را بررسی نمود. به دلیل اینکه در بتن حجم بالایی به سنگدانه ها اختصاص می یابد، در نتیجه توجه ویژه به چگونگی مدل سازی سنگدانه ها ضروری می باشد. در این مقاله دو هدف عمده مورد بررسی قرار خواهد گرفت. هدف اول مدل سازی میکروساختار بتن با شکل سنگدانه های واقی، و هدف دوم بدست آوردن خواص مصالح ارتوتروپیک بتن است.