ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析

时间：2025-04-04

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析,值得看看那!

第8卷第3期2007年6月

解放军理工大学学报(自然科学版)

JournalofPLAUniversityofScienceandTechnology

Vol.8No.3Jun.2007

文章编号:1009-3443(2007)03-0254-07

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析

方　秦,　还　毅,　张亚栋,　陈　力

(1.解放军理工大学训练部,江苏南京210007;2.解放军理工大学工程兵工程学院,江苏南京210007)

摘　要:为评估ABAQUS有限元软件中混凝土损伤塑性模型分析混凝土材料和构件静力性能的能力,用该模型对混凝土材料单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明,混凝土损伤塑性模型可以较为精确地模拟单轴受压、单轴受拉、双轴受压以及双轴受拉状态下混凝土材料的力学性能,能较好地反映双轴应力状态下的材料破坏包络线,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其破坏特征,但不能很好地描述双轴拉压应力状态下混凝土材料的力学性能,也不能反映材料的体积应变发展变化规律。

关键词:ABAQUS;混凝土损伤塑性模型;有限元;力学性能;抗弯性能;抗剪性能中图分类号:TU528.58

文献标识码:A

Investigationintostaticpropertiesofdamagedplasticity

modelforconcreteinABAQUS

FANGQin,　HUANYi,　ZHANGYa-dong,　CHENLi

(1.TrainingDepartment,PLAUniv.ofSci.&Tech.,Nanjing210007,China;

2.EngineeringInstituteofCorpsofEngineers,PLAUniv.ofSci.&Tech.,Nanjing210007,China)

Abstract:Toevaluatethecapacityofthedamagedplasticitymodelforconcreteinthefiniteelementsoft-wareABAQUStoanalyzethemechanicalpropertiesofconcretematerialandstructure,themodelwasadoptedtosimulatethemechanicalpropertiesoftheconcreteunderuniaxialandbiaxialstressconditions,theflexuralpropertiesandshearstrengthofconcretestructures.Thenumericalresultswerecomparedwiththetestdata.Theresultsshowthatthemodelcouldsimulatethemechanicalpropertiesofconcretematerialunderuniaxialcompression,uniaxialtension,biaxialcompressionandbiaxialtensionconditions,andthatthemodelcouldreflectthefailureenvelopeofconcretematerialunderbiaxialstressconditionproperly.Themodelcouldpredicttheflexuralandshearproperties,aswellasthetypicalfailuremodesofconcretestructures.However,themodelcouldnotpredictthemechanicalpropertiesofconcretematerialunderbiaxialtensionandcompressioncondition,andthedevelopmentlawofthevolumetricstrainoftheconcrete.

Keywords:ABAQUS;damagedplasticitymodelforconcrete;finiteelement;mechanicalproperty;flexu-ralproperty;shearproperty

　　混凝土作为重要的建筑材料已有百余年的历

　　收稿日期:2007-01-17.

基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(50638030);国家

杰出青年科学基金资助项目(50525825).

作者简介:方　秦(1962-),男,教授,博士生导师;研究方向:

史,广泛应用于各个领域。目前常采用试验以及数值模拟的方法来研究混凝土结构的力学性能。试验结果比较直观、可靠,但费用高、周期长、受试验条件影响较大。随着计算机技术和有限元数值模拟方法的

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析,值得看看那!

　第3期

方　秦,等:ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析

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重要手段。在混凝土结构的数值分析中,必须考虑混凝土结构组成材料的力学性能。其中,混凝土本构模型对钢筋混凝土结构分析结果有重要影响。在建立混凝土的本构模型时往往基于已有的理论框架,如弹性理论、非线性弹性理论、弹塑性理论、粘弹性、弹粘塑性理论、断裂力学理论、损伤力学理论和内时理论等。由于混凝土材料的复杂性,还没有哪一种理论已被公认可以完全描述混凝土材料的本构关系。混凝土的本构关系主要是表达混凝土在多轴应力作用下的应力—应变关系,应力—应变曲线由上升段和下降应变软化段组成,特别是对下降段,它具有裂缝逐渐扩展,卸载时弹性软化等特点,而非线性弹性、弹塑性理论很难描述这一特性。损伤力学理论既考虑混凝土材料在未受力的初始裂缝的存在,也可反映在受力过程中由于损伤积累而产生的裂缝扩展,从而导致的应变软化。因而近年来不少学者致力于将损伤力学用于混凝土材料,并建立相应的本构关系。20世纪80年代后期,许多学者采用损伤塑性模型对混凝土的力学性能进行描述和模拟。到目前为止,用损伤塑性模型进行的研究多为对单轴荷载作用下混凝土破坏过程的数值模拟,而多维应力作用下的混凝土破坏机制比较复杂,因此对多维应力作用下混凝土试件的破坏过程的数值模拟至今还不完善,模拟结果相差较大。目前,ANSYS、ADINA、MARC和ABAQUS等著名的有限元分析软件都有混凝土模型,但是对它们分析混凝土结构的能力却了解不够。

plpl

R=(1-d)Del0∶(E-E)=Del∶(E-E),

(2)其中:D是材料的初始(未损伤)弹性刚度;D为损伤后的弹性刚度;d为刚度损伤变量,0≤d≤1,材料

el0

未损坏时,d=0,材料完全损坏时,d=1。1.3　屈服条件

该模型用有效应力表示的屈服函数的形式为

-pl~~F(R,E)=A(q-3Ap+B(E)〈Rmax〉-pl

～-^

C〈-Rmax〉)-Rc(Ec)≤0,

其中:A和C是与尺寸无关的材料常数;p=-I是有效静压力,I为应力不变量;q=

(3)R∶3

是2