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考虑累积损伤退化的钢材等效本构模型研究

建筑结构学报 2013年第10期34卷 73-83页

作者：王萌石永久王元清北京交通大学土木工程学院北京100044 清华大学土木工程系北京100084

在结构抗震分析中,钢材在循环荷载作用下的一维本构关系是利用杆系模型进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更准确地模拟结构在强震作用下的反应,提出能够考虑累积损伤、刚度和强度退化的钢材等效本构模型,包括骨架曲线、滞回准则... 详细信息

在结构抗震分析中,钢材在循环荷载作用下的一维本构关系是利用杆系模型进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更准确地模拟结构在强震作用下的反应,提出能够考虑累积损伤、刚度和强度退化的钢材等效本构模型,包括骨架曲线、滞回准则以及退化特征,利用损伤控制因子数学模型对钢构件、节点及结构的损伤退化全程进行描述。根据提出的等效本构模型并利用有限元软件ABAQUS提供的用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言开发能够进行钢框架强震作用分析的损伤退化过程计算程序。采用等效本构模型对典型试验进行模拟分析,其结果与试验结果吻合良好,充分证明钢材等效本构模型用于钢构件在强震作用下弹塑性分析的准确性及可行性。

关键词：钢材等效本构模型数值分析损伤退化骨架曲线滞回准则退化特征

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结构钢材循环荷载下的本构模型研究

工程力学 2012年第9期29卷 92-98,105页

作者：石永久王萌王元清清华大学土木工程系清华大学结构工程与振动教育部重点实验室北京100084

在抗震分析中,钢材在循环荷载下的一维本构模型是结构抗震设计时进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更为准确地模拟结构的地震反应,并能够在实际工程中应用,该文提出了结构钢材Q235B、Q345B在循环荷载下的单轴简化本构模型,其中包... 详细信息

在抗震分析中,钢材在循环荷载下的一维本构模型是结构抗震设计时进行结构弹塑性地震响应分析的基础。为了更为准确地模拟结构的地震反应,并能够在实际工程中应用,该文提出了结构钢材Q235B、Q345B在循环荷载下的单轴简化本构模型,其中包括:单调加载曲线、循环骨架曲线以及滞回准则,通过建立数学模型对钢材循环荷载作用下的反应进行描述。根据提出的模型并基于大型通用有限元软件ABAQUS提供的用户子程序接口UMAT,开发了适用于结构分析的钢材单轴循环本构模型。通过与多种加载制度下钢材反应的试验数据进行对比,进而证明该文所提出模型的正确性以及适用性,保证其用于钢结构体系在地震作用下弹塑性时程分析时的精度和可行性。分析结果表明:钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的反应有很大的差别,循环荷载下的骨架曲线对于准确的数值模拟起到重要作用;钢材在循环荷载下的滞回准则也与现通用有限元软件中的本构模型有较大区别,这对于抗震计算设计的准确性有一定的影响。

关键词：循环荷载钢材本构模型骨架曲线滞回准则 UMAT

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奥氏体不锈钢滞回本构模型研究

工程力学 2015年第11期32卷 107-114页

作者：王萌杨维国王元清常婷石永久北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 清华大学土木工程系北京100084

准确的材料滞回本构模型是保证弹塑性地震反应预测准确性的基本前提,如果本构模型选取不当,会对计算结果产生较大影响。为此该文提出了奥氏体不锈钢考虑循环强化作用的单轴滞回本构模型,包括骨架准则及滞回准则。建立数学模型描述奥氏... 详细信息

准确的材料滞回本构模型是保证弹塑性地震反应预测准确性的基本前提,如果本构模型选取不当,会对计算结果产生较大影响。为此该文提出了奥氏体不锈钢考虑循环强化作用的单轴滞回本构模型,包括骨架准则及滞回准则。建立数学模型描述奥氏体不锈钢在循环荷载作用下的受力性能。根据提出的理论模型并利用ABAQUS用户材料子程序UMAT,采用Fortran语言二次开发了能够进行循环荷载下奥氏体不锈钢计算分析的程序。通过与试验结果进行对比,表明提出的模型能够准确描述奥氏体不锈钢材料的滞回行为,兼顾计算精度和效率,为奥氏体不锈钢结构体系强震分析提供有力工具。

关键词：奥氏体不锈钢循环荷载滞回本构模型骨架准则滞回准则

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循环荷载下钢材本构模型的应用研究

工程力学 2013年第7期30卷 212-218页

作者：王萌石永久王元清施刚清华大学土木工程系清华大学结构工程与振动教育部重点实验室北京100084

为进一步验证循环荷载下钢材本构模型的适用性及广泛性,分别从材料及构件层次选取了国内外典型的循环试验结果对模型进行充分验证,包括钢材循环低周疲劳试验、钢构件循环加载试验、钢节点以及组合节点循环加载试验。并通过对比分析循环... 详细信息

为进一步验证循环荷载下钢材本构模型的适用性及广泛性,分别从材料及构件层次选取了国内外典型的循环试验结果对模型进行充分验证,包括钢材循环低周疲劳试验、钢构件循环加载试验、钢节点以及组合节点循环加载试验。并通过对比分析循环荷载下钢材本构模型与常用的两折线模型在构件及体系层次应用效果,充分说明了循环特性显著影响抗震性能,在今后的设计计算中需要引起重视。在此基础上,将钢材循环本构模型应用于一个十层钢框架结构抗震性能分析之中,验证了其用于钢结构体系在地震作用下弹塑性时程分析时的可行性,为钢结构的抗震分析提供了有力的工具。

关键词：循环本构模型骨架曲线滞回准则 ABAQUS(UMAT) 弹塑性时程分析

钢板剪力墙水平荷载作用下简化滞回理论模型研究

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建筑结构学报 2017年第10期38卷 59-67页

作者：王萌杨维国钱凤霞北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为实现利用简化杆系模型准确模拟钢板剪力墙结构复杂的滞回行为,提出一种适用于桁架单元的钢板剪力墙滞回理论模型。给出了该模型骨架曲线和滞回准则的数学表达,建立了关键点参数与结构特性之间的解析关系,综合考虑了材料本构关系影响... 详细信息

为实现利用简化杆系模型准确模拟钢板剪力墙结构复杂的滞回行为,提出一种适用于桁架单元的钢板剪力墙滞回理论模型。给出了该模型骨架曲线和滞回准则的数学表达,建立了关键点参数与结构特性之间的解析关系,综合考虑了材料本构关系影响以及钢板受压区域的贡献,该模型适用于不同内嵌钢板宽厚比情况。利用ABAQUS有限元软件用户子程序接口UMAT进行二次开发,编制了相应的计算程序,实现了钢板剪力墙简化滞回模型与杆系单元的集成,兼顾计算精度和计算效率。结合典型钢板剪力墙试验结果,验证了模型的准确性和适用性。

关键词：钢板剪力墙简化滞回理论模型骨架曲线滞回准则

基于OpenSees的空间桁架后屈曲材料本构模型

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郑州大学学报（理学版） 2016年第1期48卷 116-120页

作者：张俊峰高健利郑州大学土木工程学院河南郑州450001

空间桁架结构在轴向压力作用下容易发生失稳,采用合理的钢材本构关系进行分析是准确追踪桁架屈曲后行为的有效方法.借助Open Sees软件平台,基于桁架非弹性后屈曲单轴材料本构模型,根据滞回准则,提出了该本构模型新的实现方式;将模型分... 详细信息

空间桁架结构在轴向压力作用下容易发生失稳,采用合理的钢材本构关系进行分析是准确追踪桁架屈曲后行为的有效方法.借助Open Sees软件平台,基于桁架非弹性后屈曲单轴材料本构模型,根据滞回准则,提出了该本构模型新的实现方式;将模型分解为受拉屈服前卸载、受拉屈服后卸载、受压屈服前卸载和受压屈服后卸载4种加卸载路径,基于材料基类编制了空间桁架弹性后屈曲、非弹性后屈曲本构模型,通过算例验证了这些本构模型的正确性,并为如何采用这些模型进行空间桁架结构分析提出了建议.

关键词：空间桁架弹性后屈曲非弹性后屈曲滞回准则

一般大气环境锈蚀钢材单调和滞回本构关系研究

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一般大气环境锈蚀钢材单调和滞回本构关系研究

作者：王成磊西安建筑科技大学

学位级别：硕士

许多长期处于一般大气环境下的钢结构工程,经常难以通过防护和构造措施避免锈蚀。钢结构表面锈坑的形成,引起表层局部应力集中,提高了局部应力水平,从而导致表层局部屈服先行于整体屈服,造成心部和表层产生不均匀塑性变形。当锈蚀钢结... 详细信息

许多长期处于一般大气环境下的钢结构工程,经常难以通过防护和构造措施避免锈蚀。钢结构表面锈坑的形成,引起表层局部应力集中,提高了局部应力水平,从而导致表层局部屈服先行于整体屈服,造成心部和表层产生不均匀塑性变形。当锈蚀钢结构构件在承受诸如地震、疲劳等重复作用时,表层不均匀的塑性变形会导致累积损伤、表面萌生裂纹。本文以Q235B钢材为对象,研究大气环境锈蚀钢材在单调荷载和低周往复荷载作用下的受力性能,其研究成果可为既有钢结构可靠性与抗震性能评估提供技术支持和理论依据。本文主要研究内容如下:（1）通过室外周期性自动喷洒加速腐蚀方法,对Q235B钢板进行加速腐蚀试验。用上述方法模拟一般大气环境自然腐蚀,获取不同龄期锈蚀钢板试件。（2）借助三维非接触形貌扫描仪测定了锈蚀钢材的表面形貌,得到锈蚀钢材表面形貌图与三维坐标。根据得到的三维坐标,用MATLAB软件编程,得到了锈蚀钢材表面锈坑深度、直径、径深比以及锈坑体积等相关参数。提出了两种新的表征钢材腐蚀程度的方法:局部体积损失率和锈蚀体积损失率。采用概率统计方法研究了锈坑参数的分布规律,建立了锈坑深度概率分布函数和概率密度分布函数,并对锈坑参数的统计特征值与局部体积损失率进行了拟合分析,建立了相应的对应关系。（3）通过单调拉伸试验,研究了不同龄期锈蚀钢材屈服强度、极限强度、伸长率、弹性模量等力学性能的退化规律,并将上述参数与局部体积损失率和锈蚀体积损失率建立了对应的关系。对二次屈服模型进行优化修正,建立不同锈蚀程度下钢材单调本构模型。（4）通过低周往复荷载试验,研究了锈蚀对滞回性能的影响。通过单调和滞回性能试验的对比,研究了锈蚀钢材破坏形态的差异和力学性能的退化规律。基于Ramberg-Osgood模型不足,建立了锈蚀钢材的两段式循环骨架曲线方程。基于清华大学王萌提出的滞回准则,考虑锈蚀对钢材的影响,建立了可用于不同锈蚀程度的钢材滞回本构模型。

关键词：锈蚀钢材表面形貌体积损失率低周往复荷载试验力学性能退化滞回准则本构模型

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累积衰减和损坏的钢等效本构模型

钢结构(中英文) 2012年第12期 81-81页

为了更精准地预测遭受强震的钢框架响应问题,提出一个循环荷载下的结构钢的单轴等效本构模型作为纤维梁单元模型,从而对强度和刚度的累积衰减和损坏进行研究。该模型包含3种骨架曲线、滞回准则、衰减准则,通过数学公式表达相关尺寸参数... 详细信息

为了更精准地预测遭受强震的钢框架响应问题,提出一个循环荷载下的结构钢的单轴等效本构模型作为纤维梁单元模型,从而对强度和刚度的累积衰减和损坏进行研究。该模型包含3种骨架曲线、滞回准则、衰减准则,通过数学公式表达相关尺寸参数。通过使用由有限元软件ABAQUS提供的用户子程序接口UMAT,等效模型可被用作纤维梁单元模型。与包括结构静力循环荷载试验和结构非线性时程试验在内的传统试验结果相比,所提出的等效模型被证明是正确和可用的。最后,在一个四层框架中使用该模型来进行动力时程分析,并与传统的双线性模型进行比较。研究显示:所提出的模型为独立测试且其立体模型能够很好地模拟强度和刚度的衰减特性,精确地预测失效模式。此模型能很好地平衡计算精度和计算效率,为强震下钢框架的非线性分析提供了有力的工具。

关键词：等效本构模型(ECM) 衰减损伤骨架曲线滞回准则衰减准则 ABAQUS(UMAT) 时程分析