考虑损伤累积的圆钢管本构模型力学行为特点与数值分析

作     者：贺盛 周奕彤 夏鑫 杨红涛 于鹏 HE Sheng;ZHOU Yitong;XIA Xin;YANG Hongtao;YU Peng

作者机构：广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 广西博世科环保科技股份有限公司广西南宁530007 广西大学广西防灾减灾与工程安全重点实验室广西南宁530004 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西南宁530004 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2023年第55卷第4期

页      面：179-187页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0708[理学-地球物理学] 081304[工学-建筑技术科学] 0837[工学-安全科学与工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0813[工学-建筑学] 0701[理学-数学] 

基　　金：广西重点研发计划项目(桂科AB19259013) 中铁隧道集团四处有限公司科技研发项目(BB30300105) 国家自然科学基金青年基金项目(12102095) 广西高层次人才项目(T3030097947) 广西创新驱动重大专项(桂科AA18118055) 广西青年创新人才科研专项(桂科AD20159080)。 

主　　题：圆钢管 损伤积累 力学行为特点 数值积分格式 应力跌落 用户材料子程序 

摘      要：由于单层网壳结构主要以圆钢管为主,因此圆钢管本构模型更适用于研究单层网壳结构的力学行为。为探究材料损伤累积对单层网壳结构动力响应的影响,本文以圆钢管考虑损伤累积的本构模型为研究对象,通过与Prandtl–Reuss材料本构模型在屈服准则、弹性刚度矩阵、弹塑性刚度矩阵、加载准则、流动法则及应力跌落等方面的对比,分析其力学行为特点,给出其数值积分格式,并基于有限元软件ANSYS开发了考虑损伤累积的用户材料子程序,采用该子程序研究单层网壳在强震作用下的动力响应。结果表明:Prandtl–Reuss材料模型高估了单层网壳结构的抗震性能,考虑材料损伤累积的结构失效时,结构动力极限荷载相比于P–R模型降低了12.24%,绝大多数杆件全截面屈服,形成大量塑性区带。一方面,损伤累积效应会降低结构的动力极限荷载,扩大损伤分布,加深损伤程度,加速结构破坏进程;另一方面,也将造成结构的失效模式由动力失稳向强度破坏转变。本文基于有限元软件ANSYS开发的考虑圆钢管损伤累积的材料子程序具有较高的计算精度,且其数值积分策略及用户材料子程序有效、可行,能够为单层网壳结构的抗震性能提供更加精确的分析与工程设计。