Метод прикладных элементов ( AEM ) представляет собой численный анализ, используемый для прогнозирования непрерывного и дискретного поведения структур. Метод моделирования в AEM использует концепцию дискретного растрескивания, позволяющую автоматически отслеживать поведение разрушения конструкции на всех стадиях нагружения: упругое, зарождение и распространение трещин в материалах, слабых при растяжении, текучесть арматуры , разделение элементов, контакт элементов и столкновение , а также а также столкновение с землей и прилегающими конструкциями.
Исследование подхода, используемого в методе прикладных элементов, началось в 1995 году в Токийском университете в рамках исследований доктора Хатема Тагел-Дина. Однако сам термин «метод прикладных элементов» был впервые использован в 2000 году в статье «Метод прикладных элементов для структурного анализа: теория и применение для линейных материалов». [1] С тех пор AEM стал предметом исследований ряда академических учреждений и движущим фактором реальных приложений. Исследования подтвердили его точность для: упругого анализа; [1] зарождение и распространение трещин; оценка разрушающих нагрузок железобетонных конструкций; [2] железобетонные конструкции при циклическом нагружении; [3] поведение при потере устойчивости и после потери устойчивости; [4] нелинейный динамический анализ конструкций, подвергшихся сильным землетрясениям; [5] распространение разлома-разрыва; [6] нелинейное поведение кирпичных конструкций; [7] и анализ стен из армированных стекловолокном полимеров (GFRP) под ударными нагрузками. [8]
В АЭМ структура виртуально разделена и моделируется как совокупность относительно небольших элементов. Затем элементы соединяются с помощью набора нормальных и сдвиговых пружин, расположенных в точках контакта, распределенных вдоль поверхностей элемента. Нормальные и сдвиговые пружины отвечают за передачу нормальных и касательных напряжений от одного элемента к другому.
Моделирование объектов в AEM очень похоже на моделирование объектов в FEM . Каждый объект разделен на ряд элементов, соединенных и образующих сетку. Однако основное различие между AEM и FEM заключается в том, как элементы соединяются друг с другом. В AEM элементы соединены серией нелинейных пружин, отражающих поведение материала.
Когда среднее значение деформации на грани элемента достигает деформации разделения, все пружины на этой грани удаляются, и элементы больше не соединяются до тех пор, пока не произойдет столкновение, в этот момент они сталкиваются друг с другом как твердые тела.
Деформация разделения представляет собой деформацию, при которой соседние элементы полностью отделяются на соединительной поверхности. Этот параметр недоступен в модели упругого материала. В случае бетона все пружины между соседними гранями, включая пружины арматурных стержней, обрезаются. Если элементы встретятся снова, они будут вести себя как два разных твердых тела, которые сейчас соприкоснулись друг с другом. Что касается стали, стержни разрезаются, если точка напряжения достигает предельного напряжения или если бетон достигает деформации отрыва .