摘要：为了研究ABAQUS显式分析方法在准静态问题的适用性和准确性，本文通过使用ABAQUS显式分析方法对FRP-混凝土单剪试验进行数值模拟。结果表明：数值模拟结果与试验结果相符，进而表明显式分析方法在处理准静态问题上具有适用性和准确性。
1.引言
ABAQUS主要有两种求解模块[1]：ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit，这两个模块均可进行准静态问题的模拟。ABAQUS/Explicit显式求解方法是一个具有专门用途的分析求解模块，采用对时间变化的显式动力学有限积分，求解动力学方程。其最初发展是为了模拟高速冲击问题，在这类问题的求解中，惯性发挥了主导性作用。当求解动力平衡的状态时，非平衡力以应力波的形式在相邻的单元之间传播。由于最小稳定时间增量一般是非常小的值，所以大多数问题需要大量的时间增量步。该分析模块适用于求解分析复杂的接触问题、复杂的后屈服问题、材料退化以及高度非线性的准静态问题[2-4]。
在求解某些类型的准静态问题上，ABAQUS/Explicit求解方法比ABAQUS/Standard更容易收敛，同时占用相对较少的系统资源[5]。基于此，本文对ABAQUS/Explicit显式算法的理论进行探讨，研究显式分析方法在准静态问题模拟方面的适用性和准确性。
2.算列分析
本文将选取FRP-混凝土界面粘结单剪试验采用ABAQUS中的显式求解模块进行数值模拟，FRP-混凝土单剪试验是一个典型的准静态问题，通过使用显式分析方法模拟的结果与试验的结果进行对比，证明显式求解方法在分析准静态问题上的适用性和准确性。
有限元模型及网格划分如下图1所示。模型中混凝土材料为C30，采用ABAQUS自带的混凝土损伤塑性模型[9]进行模拟。混凝土单元和CFRP均采用八节点减缩积分实体单元C3D8R，混凝土与CFRP之间采用Tie绑定命令进行模拟，采用位移加载方式，加载速度为0.1mm/s。
图1 有限元模型及网格模型
3.结果分析
3.1试验验证
下图2为试验结果曲线与ABAQUS/Explicit算法计算得出的滑移-荷载曲线。通过与试验结果对比可知，使用显式分析方法计算的结果在弹性阶段、软化阶段以及FRP剥离阶段与试验曲线都基本吻合。
图2 模拟值与试验结果的荷载-滑移曲线的比较
下图3给出了由显式分析方法得到的试件在不同加载时刻下混凝土的损伤场分布与演化过程，图中呈现红色的区域代表失效的单元，由图5可知，数值模拟中混凝土损伤破坏与图4的试验试件破坏形式相符。
图3 混凝土界面的损伤场分布
图4 混凝土界面在试验中的破坏模式
4结论
由理论分析及算例验证，ABAQUS/Explicit显式分析方法能够准确地模拟缓慢加载下的准静态问题，通过使用显式分析方法对FRP-混凝土单剪试验的模拟得到的荷载-滑移曲线及混凝土的损伤演化与试验值相比较，可以得出使用显式分析方法对准静态问题的模拟得到的结果准确可靠。
参考文献
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论文作者:邹志伟1,邓扬贵1
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/17
标签：混凝土论文; 静态论文; 方法论文; 损伤论文; 适用性论文; 模型论文; 有限元论文; 《基层建设》2019年第19期论文;