FibreLAB

Project description

The project will develop a software tool to support the design of advanced structures or products from fiber reinforced concrete (FRC) using simulation prototyping. The software will support engineers during the design process, which will be based on the simulation of the structural performance during the foreseen design scenarios for the individual design limit states: serviceability and ultimate limit states as well as the new design states such as: robustness, durability and service life verification.

The software will be developed based on the existing product ATENA developed and distributed by Cervenka. The project will develop a separate module of this system specifically targeted for fibre reinforced concrete industry.

Objectives

The project will develop software tools for design of products/structures made of fiber reinforced concrete material using simulation prototyping. The development of virtual numerical prototypes and their validation by numerice simulation of their behavior under specified design conditions corresponds to the current trend towards performance based design. The simulation will be performed using nonlinear finite element analysis with advanced constitutive models for fiber reinforced concrete material. The development of the nonlinear solution techniques or mathematical and numerical material models will not be part of this project. This functionality is already available in the simulation system ATENA developed and distributed by Cervenka. New methods, techniques and tools will have to be developed for the performance based design of fiber reinforced concrete products/structures for service and ultimate limit states taking into account nonlinear material response.

The material behavior in tension will be based on the smeared crack approach using the crack band method for tensile softening/hardening. This approach is based on nonlinear fracture mechanics taking into account the material fracture energy and the added fracture energy of the fibers. The fracture mechanics based method will be used for the modelling of structural behavior in the investigated design scenarios as wells as for the design of suitable material composition, fiber type and their amount. The compressive behavior is modeled using plasticity with hardening/softening based on crush band approach in analogy to the tensile crack band method, where the softening/hardening properties depend on the amount and type of fibers. The existing user defined cementitious model of ATENA software will be used, but the appropriate definition of input parameters and hardening/softening relationships needs to be formulated and developed during the project.

ATENA system enables the simulation of the structural behavior also under extreme loading scenarios such as fire and earthquake or long term behavior taking into account shrinkage, creep, fatigue or degradation due to carbonation and chloride ingress. This will provide the basis for advanced design for extreme cases as well as for the new limit states involving service life, durability and sustainability.

See more: www.fibrelab.eu

Project description in Hungarian

Tratalmi összefoglaló

A projekt megvalósítása nemzetközi konzorcium keretein belül valósul meg, mely létrjeött egyrészről a JKP Static Kft. (JKP), másrészről a Cervenka Consulting s.r.o. (CER) között.

Jelentős kutatás és fejlesztés zajlik az új és modern cement alapú kompozitok terén, ahol acél vagy szintetikus szálakat adnak a beton mátrixhoz, hogy megnöveljék annak anyagtulajdonságait, teljesítményét, tartósságát vagy tűzgátló képességét. A fejlett szimulációs technikák nem-lineáris végeselem analízisen alapulnak, mely kiváló eszköz a szálerősítésű betonszerkezetek vizsgálatához és méretezéséhez. Ez a tervezési módszer a szükséges numerikus eszközökkel áttörést jelent a jelenlegi tervezési szabványokhoz képest és a projekt során ezen a területen széleskörű tapasztalattal rendelkező partnerek segítségével lesz kifejlesztve.

A fő termék egy speciális ATENA (már meglévő és kifejlesztett nem-lineáris végeselemes program beton szerkezetek analíziséhez) modul/termék szoftver lesz, melynek neve a fejlesztés során FibreLAB lesz. Ez a termék három programból/modulból fog állni, melyek akár külön-külön is értékesíthetőek lesznek.

A kiegészítő modulok kifejezetten a szálerősítésű beton iparágra koncentrálnak. Ez a termék használható lesz önállóan vagy együtt az ATENA szoftverrel. A termék támogatja továbbá a parametrikus modellezést, valamint a beágyazott programozási nyelv lehetővé teszi a gyors fejlesztést, melynek segítségével még speciálisabb betonszerkezetek is méretezhetővé válnak, mint például az előregyártott betontszerkezetek.

A szoftver támogatja a mérnököket a tervezési folyamat során, amely a szerkezet teljesítményét vizsgálja az előirányzott tervezési forgatókönyvek és az egyes tervezési határállapotok esetében: használhatósági és tervezési határállapot, valamint az új tervezési előírások, mint például: a stabilitás, tartósság és élettartam ellenőrzése.

Feladatok, célkitűzések

A fő termék egy speciális ATENA (már meglévő és kifejlesztett nem-lineáris végeselemes program betonszerkezetek analíziséhez) modul/termék szoftver lesz, melynek neve a fejlesztés során FibreLAB lesz. Ez a termék három programból/modulból fog állni, melyek akár külön-külön is értékesíthetőek lesznek.

A három modul a következő lesz:

(A) Gyors prototípus szálerősítésű beton termékek/szerkezetek parametrikus modellezéséhez – meglévő anyagmodell átalakításával szálerősítésű betonszerkezetek méretezése/analízise

(B) Szálerősítésű betonmodell – a szálerősítésű betonmodell anyagparamétereinek megállapítása kísérleti adatok és inverz analízis segítségével

(C) FibreLAB – modul a szálerősítésű betonszerkezetek tervezéséhez – magában foglalja a fenti eszközöket szálerősítésű beton termékek/szerkezetek tervezéséhez/analíziséhez

A Cervenka Consulting belső felmérései azt mutatják, hogy a jelenlegi felhasználóik mintegy 20%-a mutat érdeklődést a szálerősítésű anyagok iránt, és használja a már rendelkezésre álló modelleket. Várható, hogy ha az új modellek és technikák segítségével kifejlesztett FibreLAB projekt ezt az érdeklődést megduplázza, vagy akár a többszörösére növekedhet. A cél az, hogy a projekt végén kifejlesztett szoftvert a továbbiakban folyamatosan tovább lehessen fejleszteni, ezáltal is fenntartva a hosszabb távú érdeklődést a termék iránt.

A végtermék egy szoftver lesz, melyet a végfelhasználók számára lehet értékesíteni. A végfelhasználók mérnökök lesznek, akik új szálerősített beton termékeket vagy szerkezeteket fejlesztenek, illetve terveznek. A javasolt projekt biztosít egy speciális tervezési eszközt, mely a modern szimulációs módszereken alapul, könnyen használható és az adott tervezési feladatok vagy termékek igényeinek megfelel.

A kifejlesztett szoftver a Cervenka Consulting már meglévő értékesítési csatornáin és a bevont partnerein keresztül kerül forgalomba. Ez a hálózat magában foglal 17 forgalmazót Európában, Ázsiában és Amerikában.

A NEMZ_15-1-2016-0026 számú projekt a Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Alapból biztosított támogatással, az EUROSTARS pályázati program finanszírozásában valósult meg.

További információk: www.fibrelab.eu

A projekt befejezéséről szóló sajtóközlemény itt tölthető le.