2588-0101 Вестник Евразийской науки The Eurasian Scientific Journal ООО «Издательство «Мир науки» 10.15862/93SAVN625 https://esj.today/93SAVN625.html Сравнительное исследование распространения трещин в моделях (XFEM и CDP) для бетонной балки, армированной стекловолокном Comparative study of crack propagation in (XFEM and CDP) models for fiberglass reinforced concrete beam Лаалай Файсал Лаалай Файсал Laalai Faicel laalaifaicel1@gmail.com https://orcid.org/0009-0003-7637-317X Бережной Дмитрий Валерьевич Бережной Дмитрий Валерьевич Berezhnoi Dmitri Valerievich berezhnoi.dmitri@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-6785-4401 Сабитов Линар Салихзанович Сабитов Линар Салихзанович Sabitov Linar Salikhzanovich SabitovLS@mgsu.ru https://orcid.org/0000-0001-7381-9752 Курочкина Валентина Александровна Курочкина Валентина Александровна Kurochkina Valentina Aleksandrovna kurochkina.mgsu.ru@yandex.ru https://orcid.org/0000-0002-1327-6298 Киямова Лейсан Ильгамовна Киямова Лейсан Ильгамовна Kiiamova Leysan Ilgamovna rostehkazan@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-2429-4301 ФГБОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет» (Казань, Россия) Kazan (Volga Region) Federal University (Kazan, Russia) ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (Москва, Россия) Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (Moscow, Russia) 20 02 2026 2025 17 6 93SAVN625 16 12 2025 06 02 2026 2025 Лаалай Файсал, Бережной Дмитрий Валерьевич, Сабитов Линар Салихзанович, Курочкина Валентина Александровна, Киямова Лейсан Ильгамовна Laalai Faicel, Berezhnoi Dmitri Valerievich, Sabitov Linar Salikhzanovich, Kurochkina Valentina Aleksandrovna, Kiiamova Leysan Ilgamovna CC BY 4.0 https://esj.today/93SAVN625.html

В данной научно-исследовательской работе представлено углубленное численное исследование сложных процессов деформирования и последующего разрушения кубических образцов высокопрочного бетона марки B30, армированного специальным щелочестойким стекловолокном, на основе детального сопоставления с результатами натурных экспериментальных испытаний. Основной целью проведенного исследования является комплексный сравнительный анализ эффективности двух передовых численных подходов — метода расширенных конечных элементов (XFEM) и модели повреждаемости пластичного бетона (Concrete Damaged Plasticity, CDP), успешно реализованных в программном комплексе ABAQUS. Особое внимание авторами уделено определению критических параметров напряженно-деформированного состояния, выявлению зон локализации максимальных напряжений на внутренних границах раздела фаз и моделированию стохастических траекторий распространения трещин в условиях нелинейного структурного отклика армированного бетона. Использование синергетической комбинации методов XFEM и CDP позволило с высокой степенью точности верифицировать фактическую несущую способность композита и детально описать диссипативные механизмы хрупкого и вязкого разрушения, характерные для дисперсного армирования. Полученные результаты подчеркивают исключительную важность предиктивного компьютерного моделирования трещиностойкости для объективной оценки долговечности строительных конструкций. Исследование полностью доказывает адекватность выбранных математических моделей для прогнозирования поведения стеклофибробетона под статической нагрузкой, что закладывает надежную теоретическую и методическую основу для широкого внедрения данных инновационных материалов в практику современного проектирования и возведения ответственных инженерных сооружений, требующих повышенной эксплуатационной надежности, коррозийной стойкости и сопротивляемости интенсивным внешним воздействиям.

This research paper presents an in-depth numerical study of the complex processes of deformation and subsequent destruction of cubic samples of high-strength concrete grade B30 reinforced with special alkali-resistant fiberglass, based on a detailed comparison with the results of field experimental tests. The main purpose of the study is a comprehensive comparative analysis of the effectiveness of two advanced numerical approaches, the extended finite element method (XFEM) and the Concrete Damaged Plasticity (CDP) model, successfully implemented in the ABAQUS software package. The authors pay special attention to determining the critical parameters of the stress-strain state, identifying areas of maximum stress localization at the inner boundaries of the phase interface, and modeling stochastic crack propagation trajectories under conditions of nonlinear structural response of reinforced concrete. The use of a synergistic combination of XFEM and CDP methods made it possible to verify the actual bearing capacity of the composite with a high degree of accuracy and describe in detail the dissipative mechanisms of brittle and viscous fracture characteristic of dispersed reinforcement. The results obtained emphasize the crucial importance of predictive computer modeling of crack resistance for an objective assessment of the durability of building structures. The study fully proves the adequacy of the selected mathematical models for predicting the behavior of fiberglass under static load, which provides a reliable theoretical and methodological basis for the widespread introduction of these innovative materials into the practice of modern design and construction of critical engineering structures requiring increased operational reliability, corrosion resistance and resistance to intense external influences.

 Ключевые слова бетон трещина армирование стекловолокном ABAQUS конечно-элементный анализ (FEA) пластическое повреждение бетона (CDP) расширенный метод конечных элементов (XFEM) Keywords concrete crack reinforcement fiber glass ABAQUS finite element analysis (FEA) concrete plastic damage (CDP) extended finite element method (XFEM) Пискунов А.А., Зиннуров Т.А., Бережной Д.В., Умаров Б.Ш., Вольтер А.Р. О результатах экспериментального и численного исследований напряженно-деформированного состояния бетонных конструкций, армированных предварительно напряженными полимеркомпозитными стержнями // Интернет-журнал «Транспортные сооружения», 2018 № 2. C. 1–18. https://t-s.today/PDF/02SATS218.pdf DOI: 10.15862/02SATS218. Gaohui W., Wenbo.L., Chuangbing Z., Wei Z. The Influence of Initial Cracks on the Crack Propagation Process of Concrete Gravity Dam-Reservoir-Foundation System. // Journal of Earthquake Engineering. 2015. pp. 1–15. DOI: https://doi.org/10.1080/13632469.2015.1021407. Yassari S.El.,Ghoulbzouri A.El. Numerical Simulation of Fiber-reinforced Concrete under Cyclic Loading using Extended Finite Element Method and Concrete Damaged Plasticity // International Journal of Engineering. 2023. pp. 1–19. DOI: 10.5829/ije.2023.36.10a.08. Yassari S.El., Ghoulbzouri A.El., Janous S.El. Seismic Fragility of FRC Columns using Incremental Dynamic Analysis and eXtended Finite Element Method Graphical Abstract 1 // International Journal of Engineering. 2024. № 37. pp. 268–282. DOI: 10.5829/ije.2024.37.02b.05 EDN: HDFFEW. Chenxi L., Xuan H., Xiaoge T., Xuerong L., Guangyao L. Simulation Analysis of Cracking Process of Asphalt Concrete Beam Specimen Based on Cohesive Zone Model and Extended Finite Element // Advances in Machinery, Materials Science and Engineering Application. — 2022. pp. 1–17. DOI:10.3233/ATDE220448. Чаускин.А.Ю., Пшеничкина.В.А. Математическое моделирование задач механики разрушения методом XFEM с учетом стохастической природы неоднородного материала // Вестник 59. Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. — 2015. — № 40. — С. 197–208. — EDN: TVQMYH Cervera M., Barbat G.B., Chiumenti M., Wu A. Comparative Review of XFEM, Mixed FEM and Phase-Field Models for quasi-brittle cracking // Archives of Computational Methods in Engineering. — 2021. № 29. pp. 1009–1083. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11831-021-09604-8. Yongxiang W., Haim W. From diffuse damage to sharp cohesive cracks: a coupled XFEM framework for failure analysis of quasi-brittle materials // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. — 2015. — С. 57–89. — URL: https://www.researchgate.net/publication/283351211_From_diffuse_damage_to_sharp_cohesive_cracks_A_coupled_XFEM_framework_for_failure_analysis_of_quasi-brittle_materials. Hongbing C., Bin X., Jiang W., Xin N., Yi L. XFEM-Based Multiscale Simulation on Monotonic and Hysteretic Behavior of Reinforced-Concrete Columns // Applied Sciences. — 2020. pp. 1–20. DOI: https://doi.org/10.3390/app10217899. Chaobi, Z. Mechanical properties of two-way different configurations of prestressed concrete members subjected to axial loading / Z. Chaobi, C. Jianyun, X. Qiang, L. Jing // Nuclear Engineering and Technology. — 2015. — Vol. 47, No. 5. — P. 621–630. — URL: https://www.researchgate.net/publication/278050750_Mechanical_properties_of_two-way_different_configurations_of_pre-stressed_concrete_members_subjected_to_axial_loadin. Rouzegar S.J., Mirzaei M. A comparative study on 2D crack modelling using the extended finite element method // MECHANIKA. — 2013. — № 19. — С. 390–397. — URL: https://www.academia.edu/41141240/A_comparative_study_on_2D_crack_modelling_using_the_extended_finite_element_method. Gilcyvania. C., Daniel C.T. Nonlinear analysis of GFRP reinforced concrete beams using moment-rotation approach and conjugate beam method // Engineering Structures. — 2023. pp. 1–9. DOI: 10.1016/j.engstruct.2023.116499. Savenkov, E.B. Surface Representation with Closest Point Projection in the X-FEM / E.B. Savenkov, V.E. Borisov, B.V. Kritskiy // Mathematical Models and Computer Simulations. — 2020. — Vol. 12, No. 1. — P. 36–52. — DOI 10.1134/S207004822001007X. — EDN LSJBZV. Вычислительные алгоритмы для моделирования динамики развития флюидонаполненной трещины в пороупругой среде / В.Е. Борисов, А.В. Иванов, Б.В. Критский, Е.Б. Савенков // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. — 2021. — № 2. — С. 24–35. — DOI 10.15593/perm.mech/2021.2.03. — EDN XPNEDF. Савенков, Е.Б. Алгоритм метода X-FEM с представлением поверхности трещины на основе проекции ближайшей точки / Е.Б. Савенков, В.Е. Борисов, Б.В. Критский // Препринты ИПМ имени М.В. Келдыша. — 2018. — № 42. — С. 1–36. — DOI 10.20948/prepr-2018-42. — EDN YTCCTO Prayush R., Jessey L., Tilak P., Anita A., Emad G. Tensile performance of headed fasteners in high-strength concrete: Experimental and numerical analysis // Construction and Building Materials. — 2025. — Т. 489 — С. 142225. — DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2025.142225. Saeid M., Xinyu H., Zhongfeng Z., Eskinder D.S., Roman W.W., Zhenhua W. The influence of testing conditions on damage zone of concrete in Uniaxial Compression: Insights from Stereo-DIC and computational modeling // Materials & Design. — 2025. — Т. 253 — С. 113981. — DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2025.113981. Andrey B., Matija G.D., Leonid D., Artem S. Finite element simulation of a motorway bridge collapse using the concrete damage plasticity model // E3S Web of Conferences. — 2020 — Т 157(76) — С. 06018 — DOI: 10.1051/e3sconf/202015706018.