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Predicting fracture in 3D printed concrete beam lattice systems with the QuasiContinuum method for computational efficiency

Descrizione del progetto

Nuova metodologia per migliorare la tecnologia del calcestruzzo stampato in 3D

Il calcestruzzo stampato in 3D (3DPC) offre una maggiore flessibilità di progettazione architettonica, riduce i costi di manodopera e il consumo energetico e ha il potenziale di ridurre le emissioni di CO2. Tuttavia, il processo di costruzione strato per strato ne indebolisce l’integrità e la durata delle strutture, limitando la versatilità della tecnologia. Il progetto FraQCon, sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, si propone di sviluppare una struttura efficiente dal punto di vista computazionale per capire come la porosità influisca sulla forza di legame interstrato e migliori il 3DPC. Verrà inoltre sviluppata un’efficiente metodologia computazionale per l’analisi della frattura in modelli a reticolo di travi 3DPC, tenendo conto della porosità e con una rappresentazione accurata della complessa morfologia dei vuoti d’aria su microscala. Nel complesso, il progetto si propone di migliorare l’integrità, la sicurezza e la durata delle strutture 3DPC.

Obiettivo

3D-printed concrete (3DPC) mitigates CO2 emissions, provides architectural design with higher degrees of freedom and decreases both labor costs and energy consumption. However, its layer-by-layer build-up process results in weaker and more porous interlayers, thereby significantly decreasing the integrity and durability of 3DPC structures and limiting the versatility of this technology. To overcome this major drawback, FraQCon aims to develop a computationally efficient framework to understand how porosity affects interlayer bond strength and to enhance 3DPC. For this purpose, FraQCon will apply numerical beam lattice models to 3DPC because they accurately predict fracture in heterogeneous materials such as concrete and rock. Although microscale porosity analysis based on simulations of engineering-sized 3DPC structures remains computationally unfeasible, the multiscale QuasiContinuum (QC) method has efficiently reduced computational costs for lattice systems. Its current form is not yet applicable to 3DPC beam lattices, but FraQCon will develop a novel QC methodology for fracture in 3DPC beam lattice models to predict failure in a computationally feasible way while accounting for porosity on a microscale and accurately representing the complex air void morphology in 3DPC interlayers. Moreover, this QC methodology will be validated with experimental tests. By identifying key parameters that cause interlayer weakness, FraQCon will significantly improve 3DPC technologies and increase the integrity, safety, and durability of 3DPC structures. The FraQCon QC framework and the knowledge gained during this project will be transferred to a 3DPC start-up in a non-academic placement to accelerate the adoption and foster the market impact of this technology. Therefore, FraQCon will not only demonstrate the applicability of the QC method for 3DPC design but may also transform the construction sector towards automation.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2023-PF-01

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Coordinatore

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN
Contributo netto dell'UE
€ 234 530,40
Indirizzo
GROENE LOPER 3
5612 AE Eindhoven
Paesi Bassi
Regione
Zuid-Nederland Noord-Brabant Zuidoost-Noord-Brabant
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato

Partner (2)