Modelación numérica del concreto simple con elementos finitos mediante la teoría de la plasticidad y la función de fluencia de Hu y Schnobrich Translated title: Numerical modeling of the simple concrete with finite elements by means of the plasticity theory and yielding function of Hu and Schnobrich

Abstract

Este artículo describe la formulación, implementación y validación de un modelo constitutivo en el método de los elementos finitos, que represente el comportamiento mecánico del concreto simple sometido principalmente a compresión, considerando estado plano de esfuerzos y deformaciones infinitesimales. Este modelo se basa en la formulación general de la teoría de la plasticidad (Simó & Hughes 1998), considerando una regla de flujo no asociado, donde el potencial plástico está definido por el criterio de fallo de von Mises y la función de fluencia corresponde a aproximaciones empíricas realizadas por Hu y Schnobrich (1989). Se formuló un algoritmo implícito de integración numérica para resolver el problema no lineal dado por el modelo constitutivo del material. El modelo constitutivo presentado en este artículo se implementó en el programa de análisis no lineal con elementos finitos a código abierto HYPLAS (de Souza Neto et al. 2008) y el postproceso se realizó con el programa GiD (CIMNE 2008). Finalmente se presenta la comparación de la respuesta estructural de los paneles sometidos a fuerzas contenidas en su plano ensayados experimentalmente por Kupfer y otros (1969), contra la simulación numérica utilizando el modelo propuesto. También se presenta un ejemplo de la aplicación del modelo propuesto a la simulación de vigas sometidas a flexión.

Translated abstract

This article describes the formulation, implementation and validation of a constitutive model in the finite element method, which it represents the mechanical behavior of plain concrete subjected mainly to compression, considering the plane stress state and infinitesimal strain. This model is based on the general formulation of the theory of plasticity (Simó & Hughes 1998), considering a non-associated flow rule, where the plastic potential is defined by the failure criterion and von Mises and yield function corresponds to empirical approaches developed by Hu and Schnobrich (1989). An implicit algorithm of numerical integration was formulated to solve the nonlinear problem given by the material constitutive model. The constitutive model presented in this paper was implemented in the nonlinear analysis finite element program with open source HYPLAS (de Souza Neto et al. 2008) and the post-process was performed using GiD (CIMNE 2008). Finally we present the comparison of the structural response of panels subjected to forces contained in its plane tested experimentally by Kupfer and others (1969), against the numerical simulation using the proposed model. Also an application example of the proposed model to the beams simulation subjected to bending was presented.