Strain rate effects for spallation of concrete

Abstract

Abstract. Appropriate triaxial constitutive laws are the key for a realistic simulation of high speed dynamics of concrete. The strain rate effect is still an open issue within this context. In particular the question whether it is a material property -which can be covered by rate dependent stress strain relations -or mainly an effect of inertia is still under discussion. Experimental and theoretical investigations of spallation of concrete specimen in a Hopkinson Bar setup may bring some evidence into this question. For this purpose the paper describes the VERD model, a newly developed constitutive law for concrete based on a damage approach with included strain rate effects [1]. In contrast to other approaches the dynamic strength increase is not directly coupled to strain rate values but related to physical mechanisms like the retarded movement of water in capillary systems and delayed microcracking. The constitutive law is fully triaxial and implemented into explicit finite element codes for the investigation of a wide range of concrete structures exposed to impact and explosions.The current setup models spallation experiments with concrete specimen [2]. The results of such experiments are mainly related to the dynamic tensile strength and the crack energy of concrete which may be derived from, e.g., the velocity of spalled concrete fragments. The experimental results are compared to the VERD model and two further constitutive laws implemented in LS-Dyna. The results indicate that both viscosity and retarded damage are required for a realistic description of the material behaviour of concrete exposed to high strain effects [3].

Performance Assessment of Concrete and Steel Material Models in LS-DYNA for Enhanced Numerical Simulation, A State of the Art Review

“…This material model can be categorized as isotropic, plasticdamage and rate dependent models. The model consider the Hooke's law to describe elastic behaviour [36]. This material model offers an added advantage of only one user input parameter; i.e.…”

Dynamische Eigenschaften von Beton im Experiment und in der Simulation

“…B. bei der Bemessung ausgenutzt werden kann, ist fraglich, da diese sogenannte Schädigungsträgheit [4] schnell wieder abklingt und sich die lokale Beanspruchbarkeit wieder auf einen statischen Wert reduziert, s. a. [5, 6]. Die Gültigkeit dieser experimentell gewonnenen Modellvorstellungen soll im Folgenden anhand experimenteller und numerischer Methoden untersucht werden, da gerade im höheren Dehnratenbereich ab ca.…”

Messtechnische Herausforderungen bei der Analyse von hochdynamischen Aufprallbeanspruchungen

“…Am IMB erfolgten diese bei geringen bis mittleren Aufprallgeschwindigkeiten im Bereich von 3–60 m/s, während an der Versuchseinrichtung des Fraunhofer EMI hohe und sehr hohe Projektilgeschwindigkeiten (100–300 m/s) untersucht wurden. Mit diesem Versuchsprogramm sollte ein möglichst großer Geschwindigkeitsbereich abgedeckt werden, um möglichst unterschiedliche Schädigungseffekte, wie ein Durchstanzversagen, ein Biegetragversagen oder Spallation , die in Abhängigkeit von der Masse und der Geschwindigkeit des Impaktors auftreten, zu provozieren.…”