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ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型研究

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ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型研究

作者：朱丽丽沈阳建筑大学

学位级别：硕士

我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一。随着我国城市建设的不断发展,出现了越来越多的复杂结构和新型结构。结构在大震作用下通常会进入弹塑性阶段,采用弹性分析方法无法真实反映结构实际受力情况。我国现行规范要求对不规则且具有... 详细信息

我国是世界上地震灾害最为严重的国家之一。随着我国城市建设的不断发展,出现了越来越多的复杂结构和新型结构。结构在大震作用下通常会进入弹塑性阶段,采用弹性分析方法无法真实反映结构实际受力情况。我国现行规范要求对不规则且具有明显薄弱部位的复杂高层结构进行罕遇地震作用下的动力弹塑性变形验算。随着ANSYS、ABAQUS、***等大型通用有限元软件在结构分析方面的广泛应用,已有学者试图采用这些软件进行结构的动力弹塑性分析。有限元分析软件ABAQUS具有强大的非线性求解能力,特别是其显式分析模块,可以避免隐式算法在处理高度非线性问题时的不收敛问题,在进行大型复杂结构分析时,可大量节省计算机的存储空间,并方便利用并行计算技术提高分析速度。但是其显式分析模块缺乏用于三维梁单元的混凝土本构模型及合理的钢筋本构模型。本文基于纤维模型,对混凝土、钢筋单轴本构关系进行了研究,利用用户自定义材料子程序接口(VUMAT),对梁单元的混凝土、钢筋单轴本构模型进行二次开发,来描述钢筋混凝土梁柱构件中材料的受力性能,并用于钢筋混凝土梁柱杆件在多维受力状态下力学行为的数值模拟。具体内容如下： 1、本构关系的研究本文选用基于文献[1]的混凝土本构模型,其中混凝土受压骨架曲线采用Kent和Park所提出并由Scott B.D改进的混凝土应力-应变曲线,考虑箍筋对混凝土的约束影响以及混凝土裂面效应的影响。作者选用了两种钢筋本构模型。一种是基于文献[1]提出的考虑包辛格效应的双折线强化模型。另外一种钢筋本构模型在文献[2]的基础上作出了修正,该模型可以反映出钢筋单调加载时的屈服、硬化和软化现象,并在再加载路径上合理考虑了钢筋的Bauschinger效应。 2、纤维模型研究 ABAQUS显式分析模块中的B31梁单元可以模拟钢筋混凝土梁柱杆件。采用矩形梁截面描述核心混凝土,采用箱型截面描述混凝土保护层和钢筋。截面上的积分点相当于纤维,可以分别赋予不同的材料属性,截面的力学行为则由积分点上的行为积分得到。 3、二次开发根据材料的应力应变关系,利用ABAQUS用户子程序接口VUMAT进行二次开发,编制了用于显式动力分析的梁单元混凝土、钢筋本构模型的计算程序。 4、柱及框架结构的数值模拟本文运用共节点技术建立单个钢筋混凝土柱构件,对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。采用本文给出的钢筋本构模型计算所得滞回曲线较采用ABAQUS自带的钢筋本构模型计算所得滞回曲线更接近试验实测曲线,准确描述了钢筋混凝土柱的滞回特性。对平面框架结构进行低周往复荷载作用下的非线性分析,计算所得滞回曲线与试验实测滞回曲线吻合良好。本文建立的模型能够较好地模拟钢筋混凝土梁柱构件的轴力双向弯曲耦合性能,可用于梁柱构件在多维受力状态下的弹塑性分析,能够满足钢筋混凝土空间框架结构在强震作用下的非线性分析。

关键词：梁柱构件混凝土本构模型钢筋本构模型显式动力弹塑性分析 ABAQUS

基于非局部微平面模型M7的混凝土非线性有限元分析

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建筑结构学报 2017年第2期38卷 126-133页

作者：崔溦杨娜娜宋慧芳天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

混凝土作为多相复合材料,其力学行为复杂多样,结构响应具有明显非线性,采用宏观本构模型精确描述存在较大难度。基于微观水平的混凝土本构模型——微平面模型M7,通过二次开发接口,将其嵌入具有较强非线性分析能力的通用有限元程序ABAQUS... 详细信息

混凝土作为多相复合材料,其力学行为复杂多样,结构响应具有明显非线性,采用宏观本构模型精确描述存在较大难度。基于微观水平的混凝土本构模型——微平面模型M7,通过二次开发接口,将其嵌入具有较强非线性分析能力的通用有限元程序ABAQUS,对混凝土单轴压缩及拉伸、三轴压缩进行了模拟分析,通过与相关试验结果比较,验证了基于微平面模型子程序的有效性;为规避应变局部化引起的网格敏感性问题,将非局部理论引入微平面模型,研究了混凝土矩形面板与三点弯曲梁的应变软化问题。结果表明:微平面模型M7能够较好地模拟混凝土应力-应变全曲线过程,及多种应力状态下的力学行为;结合非局部理论的非局部微平面模型用于混凝土结构的有限元分析,不存在网格依赖性问题,能够给出合理的结构应变软化局部化响应,数值模拟结果合理可靠。

关键词：微平面模型M7 非局部理论二次开发应变软化网格敏感性混凝土本构模型

不同混凝土模型对CFRP加固钢筋混凝土抗冲击性能的数值评估

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青海交通科技 2022年第2期34卷 144-150页

作者：王剑楠张锋西安云帆市政工程咨询有限公司西安710100 陕西通宇公路研究所有限公司西安710100

本文利用有限元方法分析了碳纤维增强聚合物(CFRP)板材加固钢筋混凝土(RC)梁的冲击性能,利用ABAQUS建立了弹塑性分析有限元模型,为了更精确地分析钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下的结构响应,模型中采用不同的材料本构关系来模拟混凝土的... 详细信息

本文利用有限元方法分析了碳纤维增强聚合物(CFRP)板材加固钢筋混凝土(RC)梁的冲击性能,利用ABAQUS建立了弹塑性分析有限元模型,为了更精确地分析钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下的结构响应,模型中采用不同的材料本构关系来模拟混凝土的非线性行为,主要包括Drucker-Prager模型、塑性损伤模型和Cap/plasticity模型,有限元计算结果与所选取的文献试验结果吻合程度较好。结果表明,混凝土塑性损伤模型比其他模型更接近试验结果。

关键词：钢筋混凝土梁混凝土本构模型碳纤维增强聚合物冲击荷载有限元分析

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动态约束-静态校核微平面模型

清华大学学报（自然科学版） 2006年第6期46卷 789-792页

作者：张斌王光纶方修君清华大学水利水电工程系水沙科学与水利水电工程国家重点实验室北京100084

为了解决动态约束微平面模型对混凝土软化段描述与试验结果符合不够好的问题,提出了动态约束静态校核微平面模型。针对产生问题的主要原因,在动态约束基础上利用静态约束对应力分量进行调整,将应力张量更新的方向反馈到微平面的应力分... 详细信息

为了解决动态约束微平面模型对混凝土软化段描述与试验结果符合不够好的问题,提出了动态约束静态校核微平面模型。针对产生问题的主要原因,在动态约束基础上利用静态约束对应力分量进行调整,将应力张量更新的方向反馈到微平面的应力分量上。通过对混凝土单轴拉伸试验的模拟计算,验证了动态约束微平面模型存在的应力分量与应力张量的更新不一致的问题。引入静态校核后,可以使二者更新保持一致,使微平面模型的分析计算结果更加符合试验结果。

关键词：混凝土本构模型微平面模型动态约束静态校核应力边界

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基于微平面模型的切口重力坝试验数值模拟

水力发电学报 2006年第4期25卷 70-74页

作者：张斌王光纶方修君王进廷清华大学水利水电工程系北京100084

微平面模型是近年新提出来的一种材料本构模型,可以较好地描述混凝土发生开裂以后的应变软化行为。本文为了探讨微平面模型在大型水工结构分析方面应用的可能性,尝试性地采用M3版微平面模型,对常规自重应力场作用下的切口重力坝和人工... 详细信息

微平面模型是近年新提出来的一种材料本构模型,可以较好地描述混凝土发生开裂以后的应变软化行为。本文为了探讨微平面模型在大型水工结构分析方面应用的可能性,尝试性地采用M3版微平面模型,对常规自重应力场作用下的切口重力坝和人工静荷载作用下的切口重力坝试验进行了数值模拟。计算结果表明,微平面模型对于切口重力坝和人工静荷载作用下的切口重力坝试验的P_d曲线模拟较好,同时对混凝土开裂方向的模拟和试验结果也比较一致,在大型水工结构数值分析方面,微平面模型具有一定的实用性。

关键词：水工结构混凝土本构模型微平面模型切口重力坝数值模拟

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用于剪力墙滞回性能分析的材料本构模型研究

沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2018年第3期34卷 402-409页

作者：王强路炯侯康康尹镇平沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168 辽宁省人防建筑设计研究院辽宁沈阳110001

目的提出适用于ABAQUS的混凝土本构计算方法,解决现有材料本构模型不能准确模拟地震作用下钢筋混凝土剪力墙的滞回性能的问题.方法基于《混凝土结构设计规范》附录C混凝土应力-应变曲线,提出适用于ABAQUS的混凝土本构模型;采用钢筋单轴... 详细信息

目的提出适用于ABAQUS的混凝土本构计算方法,解决现有材料本构模型不能准确模拟地震作用下钢筋混凝土剪力墙的滞回性能的问题.方法基于《混凝土结构设计规范》附录C混凝土应力-应变曲线,提出适用于ABAQUS的混凝土本构模型;采用钢筋单轴本构模型合理考虑了Bauschinger效应,利用ABAQUS用户子程序接口VUMAT进行二次开发,编制了用于显式动力分析的钢筋本构模型的计算程序,并采用分层壳单元对往复荷载下钢筋混凝土剪力墙滞回性能进行数值模拟.结果通过实验对比,验证了采用笔者采用的混凝土和钢筋本构模型能够较好地反映钢筋混凝土剪力墙在低周往复荷载作用下的滞回性能.结论数值模拟结果与试验结果吻合良好,笔者采用的材料本构模型能够较好地模拟钢筋混凝土剪力墙的滞回性能.

关键词：剪力墙混凝土本构模型钢筋本构模型分层壳单元

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混凝土损伤本构理论研究综述

水利水电科技进展 2010年第3期30卷 89-94页

作者：何建涛马怀发陈厚群中国水利水电科学研究院工程抗震研究中心北京100048

首先论述混凝土本构模型研究的重要性,并说明损伤力学理论较适于构建混凝土本构模型;然后对损伤变量的定义、损伤演化方程的确定、损伤本构模型的建立以及如何考虑不可恢复变形与率效应进行较为详细的论述;最后就混凝土损伤本构模型的... 详细信息

首先论述混凝土本构模型研究的重要性,并说明损伤力学理论较适于构建混凝土本构模型;然后对损伤变量的定义、损伤演化方程的确定、损伤本构模型的建立以及如何考虑不可恢复变形与率效应进行较为详细的论述;最后就混凝土损伤本构模型的发展方向提出了看法。

关键词：混凝土本构模型损伤力学率效应综述

用于建筑动力弹塑性分析的ABAQUS后处理及混凝土本构研究

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用于建筑动力弹塑性分析的ABAQUS后处理及混凝土本构研究

作者：常凯沈阳建筑大学

学位级别：硕士

随着建筑技术的不断进步,高层建筑鳞次栉比,复杂结构数量不断增加,规范中规定的超限建筑的数量也逐渐变多。在强震作用下,复杂高层建筑结构会进入塑性状态,所以有必要对复杂高层结构进行动力弹塑性分析。在目前能够进行结构动力弹塑性... 详细信息

随着建筑技术的不断进步,高层建筑鳞次栉比,复杂结构数量不断增加,规范中规定的超限建筑的数量也逐渐变多。在强震作用下,复杂高层建筑结构会进入塑性状态,所以有必要对复杂高层结构进行动力弹塑性分析。在目前能够进行结构动力弹塑性时程分析的大型通用有限软件中,,ABAQUS因其丰富的单元库和材料库及强大的计算能力而备受欢迎。然而ABAQUS是一款通用有限元软件,针对专业的土木问题仍有许多不足。ABAQUS已有的混凝土本构能够很好地模拟混凝土在地震下的受力性能，但ABAQUS缺少用于模拟梁单元在往复荷载下受力性能的混凝土本构。且ABAQUS后处理功能有限，其分析结果数据量大，无法将数据按层、构件类型分类储存，不能自动计算出抗震分析所需的楼层剪力、楼层位移等数据。本文的主要研究内容如下：1、本文基于《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）附录C的混凝土本构模型，通过ABAQUS用户子程序接口UMAT、VUMAT，编写了适用于显、隐动力分析的梁单元混凝土本构模型子程序，并对往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能进行了模拟分析用以验证混凝土本构的准确性。2、采用Python语言对ABAQUS后处理进行二次开发，将结构中各构件按楼层和构件类型分类保存。对竖向构件循环提取各构件的端单元和端节点编号并按照楼层号、构件类型及构件名称保存。3、提取构件端节点的坐标、位移及内力信息并存入对应节点编号的信息库中。4、根据提取的节点坐标、位移及内力信息计算出结构质量、层高、楼层位移、楼层剪力、倾覆力矩及剪重比等弹塑性分析所需的数据。将数据结构存入文本文件中，根据数据自动生成绘制表格、图片，生成弹塑性分析报告。5、采用本文的混凝土本构模型模拟分析一个框架结构和一个框剪结构，利用本文的后处理二次开发模块提取时程位移、时程剪力与试验数据对比，验证本文混凝土本构模型和后处理模块的准确性。本文的混凝土单轴本构模型和ABAQUS后处理二次开发程序衔接了本课题组已开发的ABAQUS前处理二次开发程序及其他混凝土、钢筋本构模型，形成了完整的弹塑性分析流程。从快速建模到丰富ABAQUS材料库再到后处理结果快速整理，最后生成弹塑性分析报告。整个程序基于ABAQUS有限元软件实现了结构动力弹塑性分析快速、准确的计算，极大地提高了分析人员的工作效率及分析结果的准确性。

关键词： ABAQUS 混凝土本构模型用户材料子程序 Python 后处理二次开发

钢与混凝土组合结构节点及构件数值分析方法研究

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钢与混凝土组合结构节点及构件数值分析方法研究

作者：杜明军天津大学

学位级别：硕士

钢与混凝土组合结构具有强度高、延性好、抗震性能优越、施工方便等特点。国内外学者采用有限元方法对钢与混凝土组合结构构件及节点的力学性能进行了一定的研究,但是关于如何建立精确的钢与混凝土组合结构构件及节点有限元模型的研究... 详细信息

钢与混凝土组合结构具有强度高、延性好、抗震性能优越、施工方便等特点。国内外学者采用有限元方法对钢与混凝土组合结构构件及节点的力学性能进行了一定的研究,但是关于如何建立精确的钢与混凝土组合结构构件及节点有限元模型的研究还很少。开展钢与混凝土组合结构的有限元分析方法的研究,对于确定钢与混凝土组合结构的力学性能,促进钢与混凝土组合结构的技术进步和应用推广,具有一定的理论意义和实用价值。本文建立了N型圆钢管混凝土相贯节点有限元模型,进行了极限承载力和滞回性能分析,通过将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证了钢管混凝土节点有限元分析方法的正确性。分析了混凝土本构模型、钢管与混凝土界面摩擦系数和几何非线性等对有限元分析结果的影响。分析发现混凝土本构模型和摩擦系数对分析结果基本没影响,几何非线性对有限元分析结果有一定影响。本文建立了型钢混凝土受弯构件的有限元模型,进行了极限承载力分析,并将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证了型钢混凝土构件有限元分析方法的正确性。比较了弥散开裂模型和塑性损伤模型在型钢混凝土有限元分析中的适用性,分析了受拉极限应变对有限元分析结果的影响。并将有限元分析结果与规范相应公式的计算结果进行了比较,规范相应公式计算结果偏于保守。

关键词：数值分析方法钢管混凝土相贯节点型钢混凝土梁混凝土本构模型弥散开裂模型塑性损伤模型