Numerical Analysis of ECC Uniaxial Tension Behavior

ECC의 1축 인장 거동 해석

ECC is a special kind of high performance cementititous composite which exhibits typically more than 2% tensile strain capacity by bridging microcracks at a crack section. Therefore, micromechanics should be adopted to obtain multiple cracking and strain hardening behavior. This paper propose a linear elastic analysis method to simulate the multiple cracking and strain hardening behavior of ECC. In an analysis, the stress-crack opening relation modified considering the orientation of fibers and the number of effective fibers is adopted. Furthermore, to account for uncertainty of materials and interface between materials, the randomness is assigned to the tensile strength(${\sigma}_{fci}$), elastic modulus($E_{ci}$), peak bridging stress(${\sigma}_{Bi}$) and crack opening at peak bridging stress(${\delta}_{Bi}$), initial stress at a crack section due to chemical bonding, (${\sigma}_{0i}$), and crack spacing(${\alpha}_cX_d$). Test results shows the number of cracking and stiffness of cracked section are important parameters and strain hardening behavior and maximum strain capacity can be simulated using the proposed method.

ECC는 섬유가 매트릭스의 균열 면에서 가교작용을 통하여 균열의 폭을 제어함으로써 미세한 다중 균열(multiple cracking)을 발생시키면서 인장변형률 경화 거동을 보이는 섬유복합재료이다. 따라서 다중 균열과 인장변형률 경화 거동을 보일 수 있도록 마이크로역학에 기반하여 재료를 설계한다. 이 연구에서는 ECC의 다중 균열과 변형률 경화 거동을 모사할 수 있는 해석 방법을 제시하고자 한다. 이 과정에서 균열 면에서 이론적으로 유도된 가교응력-개구변위 관계에서 섬유의 방향과 유효 섬유의 개수를 고려하여 수정된 응력-변위 관계를 사용하였으며, 매트릭스 및 섬유-매트릭스 계면의 불확실성을 고려하기 위하여 각 요소의 매트릭스 균열 강도(${\sigma}_{fci}$) 및 탄성계수($E_{ci}$), 균열면 최대응력(${\sigma}_{Bi}$) 및 변위(${\delta}_{Bi}$), 계면의 화학적 부착에 의한 균열면의 초기응력(${\sigma}_{0i}$), 균열 간격(${\alpha}_cX_d$)이 일정 범위 내에서 무작위로 선택되도록 하였다. 해석결과 변형률 경화거동 및 최대 변형률을 충분히 모사할 수 있는 것으로 나타났으며, 균열 개수 및 균열면의 강성이 해석의 중요한 변수임을 확인할 수 있었다.