关于ABAQUS有限元建模材料本构分析论文_李振远

摘要：在ABAQUS建模时应选取合理材料本构才能更好的进行分析，本文将对钢筋本构选用模型，混凝土本构选用的损伤模型、受拉损伤因子及受压损伤因子通过规范确定，从而为ABAQUS有限元建模分析提供有力分析。

关键词：钢筋本构；混凝土本构

一、钢筋本构

ABAQUS中可用Embed将膜或链杆单元嵌入混凝土中，结构自由度由软件自发耦合。对于钢筋的定义方式，ABAQUS包含多方面的定义。其中包括定义钢筋的截面积、方向、间距、钢筋对应的单元体的边界编号和其在该边的相对位置。用户在使用ABAQUS建模时可灵活选用。

常用的钢筋本构有三种。有双折线模型，双斜线模型及三折线模型三种，考虑计算精度及计算方便，一般选取双斜线模型进行计算。

二、混凝土本构

ABAQUS中混凝土本构的模型主要有两种，一是弹塑性断裂（Smearde Crack Model），主用于受压，而受拉用固定弥散裂缝模型来表述。二是弹塑性断裂和损伤的混凝土模型。它针对第一种改进了三点。1、导入损伤参数，折减弹性刚度，以此模拟损伤积聚的过程。2、导入非关联硬化。3、手动操控裂缝闭合表现行为，可更真实反映工程实况[2]。

弹塑性损伤模型的原理可以用以下方程来概括。

(1)

(2)

(3)

(4)

式1规定了参考损伤效应条件下的有效应力，式2规定了弹性应变和有效应力的数值函数，式3、4则规定了材料的塑性行为。

如混凝土单轴受力，混凝土压、拉时由损伤而起的弹性刚度退化，用Dc与Dt量化阐述。

(5)

(6)

在ABAQUS中，用以下公式来模拟混凝土受往复荷载作用的损伤指标。

(7)

(8)

(9)

(10)

公式中的ωc和ωt作为参数，ABAQUS中默认俩参数分别为1和0。

在混凝土弹塑性损伤模型中混凝土的弹塑性屈服面如以下公式所表示。

(11)

其中:

的σc和σt为承受压、拉时，混凝土材料的有效黏聚应力；σb0和σc0为双、单轴受压的初始屈服应力。材料参数Kc定值2/3。

本文选取弹塑性损伤模型作为混凝土的本构模型，应用损伤因子及非弹性应变表示混凝土的变形特征。但是混凝土不是单一材料，而是包括了砂浆、骨料、粘合剂的复杂材料，且并非绝对均质[2]。

混凝土膨胀角不应超摩擦角。二者相等，为关联流动法则；不等，则为非关联流动法则；等于零，则不考虑土的剪胀性。取值范围：30-37度。混凝土流动势的偏度为正，且较小。它量化了双曲流动势曲线靠拢其渐近线之比率，默认0.1。fb0/fc0表示初始混凝土等效双、单轴抗压屈服应力之商，默认1.16。K为混凝土拉、压子午线常应力之商，值范围为0.5-1.0，默认2/3，取0.6667。粘滞参数u对收敛性影响大，综合考虑，取0.0005。混凝土的损伤塑形相关参数选取如表3.1。

表1混凝土的损伤塑形相关参数

混凝土受压损伤之时，应力应变曲线，共有三个阶段，弹性、强化和软化阶段。塑性应变和非弹性应变的计算如下列公式。

(14)

(15)

(16)

其中:——开裂应变；——弹性应变；——塑性应变

对混凝土选用弹塑性损伤模型，需要考虑损伤因子、刚度退化。卸载时弹性模量由公式17计算。

(17)

损伤因子计算公式如下：

(18)

混凝土受拉损伤因子公式如下：

(19)

其中: ——开裂应变；——弹性应变；——塑性应变。

根据以上公式可以计算得出混凝土的受压的损伤因子和非弹性应变取值，其中损伤因子选取方法，拉压相同。

参考文献：

[1]王玉镯,傅传国.ABAQUS结构工程分析及实例详解[M].中国建筑工业出版社, 2018, 3.

[2]江见鲸,陆新征,等.混凝土结构有限元分析第2版[M].清华大学出版社, 2013, 1.

[3]宋文清. 钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能有限元分析[D].青岛:青岛理工大学,2014.

[4]王玉镯,傅传国.ABAQUS结构工程分析及实例详解[M].中国建筑工业出版社, 2018, 3.

[5]江丙云.ABAQUS分析之美[M].人民邮电出版社, 2019, 9.

论文作者:李振远

论文发表刊物:《建筑实践》2019年第38卷第18期

论文发表时间:2020/1/14

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