Computer-Aided Modeling and Simulation of Flow of Self Compacting Concrete. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF M.S_Thesis_write-up.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

للحصول على استخدام أمثل للخرسانة ذاتية الدمك ، وخصوصًا عندالتخطيط لصب الخرسانة في هياكل معقدة، يمكن توظيف المحاكاة كأداة في تصميم البناء والقوالب، وكذلك تحديد المعايير المطلوبة لتصميم مزيج متين من الخرسانة ذاتية الدمك. الهدف من هذا العمل البحثي هو التطوير والتحقق من تدفق الخرسانة ذاتية الدمك المصنوعة من مواد محلية وجدت في المملكة العربية السعودية باستخدام نهج السلسلة المتصلة (السائل واحد). حيث استخدمت معادلات نافيير ستوك التي تحكم التدفق للحصول على الحل العددي لهذه المشكلة باستخدام ديناميكيات السوائل الحسابية ، والبرمجيات التجارية التي تمكن التتبع ، في الزمان والمكان ، حركة المواد مع أي نوع من السلوك المادي، بما في ذلك غير الخطية التي تتبدل مع الزمن. وتتميز هذه المشكلة من خلال التدفق الحر لسطح السائل غير النيوتروني. بينما يمكن تمثيل سلوك الريولوجية عن طريق نموذج بينجهام، وتحدث بعض الظواهر في حالة الخرسانة ذاتية الدمك، مثل سماكةالقص،وأحيانًا الانسيابية الكبيرة، ولهذا السبب، تم نمذجة سلوك بينجهام بالاتحاد مع سماكة القص والانسيابية باستخدام برنامج فلوينت عن طريق استخدام النموذج الانسيابي. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير نموذج العناصرالمحدودة لتقييم الضغط الجانبي الناتج من الخرسانة ذاتية الدمك مع الأخذ بالاعتبارتأثيرالانسيابية ومعدل الصب. وقد تم التحقق من نتائج المحاكاة باستخدام البيانات المتاحة من التجارب، حيث نفذت بالفعل سلسلة من التجارب باستخدام خلطات مختلفة من الخرسانة ذاتية الدمك للحصول على العديد من المعاملات الريولوجية الحرجة من إجهاد الخضوع واللزوجة ومتانة الخليط. ومع ذلك، أجريت بعض التجارب التجريبية لمزيد من التحقق للنموذج المطور لتقيم الضغط الجانبي للخرسانة ذاتية الدمك والتنبؤ من سلوك التدفق أثناءالصب على نطاق كامل للبلاطة. المحاكاة عملت على نطاق كامل من صب البلاطة لدراسة تأثير المعاملات الريولوجية ومتغيرات الانسيابية على تدفق هذه المواد. تم التحقق الناجح من صحة المحاكاة لديناميكيات السوائل الحسابية وتنبؤات النموذج ذات العناصر المحدودة وظهر وجود علاقة جيدة مع نتائج التجارب التي أجريت وتلك من المسح السابق.

English Abstract

To make an optimum use of Self-Compacting Concrete (SCC), especially when planning the casting of concrete in complicated structures, simulation may serve as a tool in the construction and formwork design as well as determining the desired rheological parameters for a robust mix design of SCC. The aim of this research work is the development and validation of the hydrodynamics of the flow behavior of SCC made from local materials found in Saudi Arabia using a continuum (single fluid) approach. Navier-Stoke’s equations that govern the flow were used to obtain numerical solution of the problem using computational fluid dynamics (CFD) commercial software that enabled the tracking, in time and space, of material motion with any type of material behavior, including non-linear and time-dependent ones. The problem is characterized by free surface flow of a non-Newtonian fluid. While the rheological behavior can be described by means of a Bingham model, some extra phenomenon occurs in case of SCC, like shear thickening and sometimes significant thixotropy. For that reason, the Bingham behavior in combination with shear thickening and thixotropy was modeled in the software package FLUENT by means of a user-defined thixotropy model. Validation of the simulation results was achieved by using experimental data from a series of tests conducted at KFUPM using different SCC mixes to obtain the critical range of rheological parameters of yield stress and viscosity for robust mixes. In addition, a new finite element model for the lateral pressure evolution in formwork due to SCC was developed in which the effects of thixotropy and casting rate were incorporated. Experimental investigation was conducted to verify the model developed for the lateral pressure evolution due to SCC and prediction of flow behavior during the full-scale casting of a slab. More experimental data from the literature were used to further validate the developed finite element model in this study. Simulation runs of full-scale casting of the slab were also carried out to study the effect of the rheological parameters on the flow of this material. A successful validation of the CFD simulations and the finite element model’s predictions shows a good correlation with the conducted experimental results and those from the literature.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering
Department:	College of Design and Built Environment > Civil and Environmental Engineering
Committee Advisor:	Baluch, Mohammed H.
Committee Co-Advisor:	Rahman, Muhammad K.
Committee Members:	Sharif, Al Farabi M and Al-Gadhib, Ali H. and Bader, Maher A.
Depositing User:	FAISAL MUKHTAR (g200901510)
Date Deposited:	25 Jan 2012 10:46
Last Modified:	01 Nov 2019 15:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138567