混凝土损伤塑性模型的参数分析

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1、万方数据第23卷2010年9月第3期苏州科技学院学报(工程技术版)V01．23No．3JournalofSuzhouUniversityofScienceandTechnology(EngineeringandTechnology)Sep．2010混凝土损伤塑性模型的参数分析彭小婕，于安林，方有珍(苏州科技学院，土木工程学院，江苏苏州215011)摘要：阐述了ABAQUS中混凝土损伤塑性模型材料参数的设定方法和取值要求，分析讨论了膨胀角、粘性系数等一些重要参数的定义和计算方法。通过对钢筋混凝土单层单跨框架进行有限元分析，与试验结果进

2、行对比，验证了ABAQUS中混凝土损伤塑性模型在实际应用中的可靠性，并进一步分析了各参数设置对计算结果的影响。关键词：混凝土损伤塑性模型；混凝土的断裂与失效；非线性；有限元分析中图分类号：TU375．4文献标识码：A文章编号：1672-0679(2010)03--0040-04有限元软件中材料参数的设置是用以模拟材料性能的基础。从数值分析的角度而言，需要考虑采用一个复杂的本构模型来解决局部破坏的边界值问题。特别是当结构采用混凝土时，需要设置大量的参数。与其他材料一样，已对混凝土的力学性能进行了相应的试验研究，例如混凝土单轴受压和单轴

3、受拉试验等。目前，钢筋混凝土结构中模拟材料失效与截面断裂已成为进行结构非线性分析所必须解决的基本问题之一。由于混凝土材料本身的力学性能的复杂性，迄今为止尚未有公认的理论或本构模型可以广泛适用于混凝土结构分析。一些有限元软件如ANSYS、ABAQUS和ADINA等都有各自的混凝土材料本构模型，但其用于分析各种受力情况下钢筋混凝土结构的力学性能有待进一步探讨。ABAQUS中的损伤塑性模型是众多混凝土材料性能本构模型中的一种，其采用损伤因子这一标量参数来考虑材料的失效特性，可适用于材料的拉压。本文将探讨损伤塑性模型的基本特点，讨论一些重要

4、的设置参数的定义和计算方法。通过对钢筋混凝土单层单跨框架进行有限元分析，对比与试验数据之间的差异，并分析各参数设置对计算结果的影响。1混凝土损伤塑性模型用分析软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型来定义混凝土的非弹性行为Ill，这是一个连续的基于塑性混凝土损伤模型，两个主要的假设破坏机理是混凝土材料的拉裂和压碎，屈服面的发展是由两个硬化常数来控制，该模型可用于单向加载、循环加载及低侧压下的动态加载等情况，在循环反向加载时可对材料的刚度恢复进行控制，在ABAQUS／Standard中可通过调整弹塑性本构方程来改善应变软化阶段的收敛速度

5、。1．1本构方程由Kachanov首先提出，之后由Rabotnov和其他学者进一步发展起来的无量纲各向同性材料的本构方程可写成以下表达式Ⅲ庐(1-d)W：(占一)=∥：(占一)(1)其中，矿为应力张量；d为损伤因子，无量纲化的刚度退化变量；占为应变张量；删为初始(未受损伤)的材料弹性刚度；D电(1≈)础为受损伤之后的弹性刚度。在混凝土损伤塑性模型中，刚度退化的前提条件是由最初的各项同性所决定，通过将受压损伤和受拉损伤的初始值设为零来实现。1．2拉伸硬化和压缩硬化受拉和受压的损伤状态是以两组独立的硬化常数占，和∥为特征，其中分别涉及到

6、受拉和受压的等效塑性应变，拉伸硬化和压缩硬化可以进一步写成以下表达式【收稿日期】2010-01-18【基金项目】苏州科技学院研究生科研创新计划资助项目(2009-06-24)【作者简介】彭小婕(1985-)，女。江苏淮安人，硕士研究生。万方数据第3期彭小婕等：混凝土损伤塑性模型的参数分析41如矧和如嘲·一(2)混凝土的拉裂和压碎特性是由不断增加的拉伸硬化和压缩硬化的两组数值来表现的，这些变量决定了屈服面的形成以及弹性模量的退化。1．3屈服条件屈服函数代表了可中止破坏和损伤状态的一个有效应力空间平面，对于非相关塑性损伤模型，屈服函数可

7、表示为以厅，砷≤o；塑性流取决于流动势函数G(厅)，其根据非相关塑性流动法则得到争领旦挚。2混凝土损伤塑性模型参数确定过程混凝土损伤塑性模型中的本构计算参数包括膨胀角妒、流动势偏移值m、双轴极限抗压强度与单轴极限抗压强度比鳅拉伸子午面上和压缩子午面上的第二应力不变量之比y以及粘性系数肛。参数砂和m用来描述流动势函数的形状，而钟和y则用来描述屈服面的形成。在损伤塑性模型中的流动势函数可表示为Drucker-Prager双曲线函数[21广——————————————rc=V伍-mZ·tan0)2+虿-p一·t砷-o"(3)其中Z和Z分别

8、为混凝土单轴抗拉和单轴抗压强度；妒由p-q平面最高侧向压力测得；m的流动势等位面由p_g平面决定；卢一-}厅·，，其为有效静压力；虿=、／手可·一S为Mises等效有效应力，可币·“厅，其为有效应力张量的偏分量。非相关的流动法则要求有