abaqus混凝土本构解析

OverviewofABAQUSVersion6.3Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.混凝土钢筋混凝土ABAQUSChinaCopyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3内容提纲介绍无钢筋混凝土力学行为ABAQUS中的混凝土本构模型加强筋(钢)ABAQUS中的应用应用实例OverviewofABAQUSVersion6.3Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.介绍Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3介绍Motivation:构造两种不同应力状态的混凝土模型，预测混凝土和钢筋混凝土的力学行为1：低压混凝土(静水压力小于三倍单轴单轴压缩失效应力)，占主导地位的是混凝土开裂（cracking）的行为大荷载(塑性阶段)，次生裂缝行为明显单调荷载（可以包括小的反向加载，但是不能模拟循环加载）Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3介绍2：Modelingthebehaviorofunreinforcedandreinforcedconcretestructures高压(equivalentpressurestressmanytimeslargerthanuniaxialcompressionfailurestress)混凝土的压碎(crushing)是主导行为大荷载(非弹性)单调荷载、循环荷载都可以Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3介绍典型应用低压应用:典型的结构构件,如带加钢筋混凝土梁、板、柱、剪力墙核反应堆容器高压密封加压失效模拟炮弹对混凝土容器的冲击模拟冰对海岸建筑的冲击模拟Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3介绍高压应用:地下导弹发射井震动响应模拟水库的混凝土大坝Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3介绍混凝土容器构造Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3介绍钢筋混凝土建模：混凝土模型＋钢筋模型＋混凝土和钢筋的相互作用ABAQUS中分别定义混凝土本构和钢筋的本构关系。Concrete和rebar的相互作用，粘结滑动(bondslip)and暗销作用(dowelaction)都可以通过引入拉伸硬化(tensionstiffening)模拟Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3介绍加强筋（REBAR）选项提供非常全面的几何设计：Rebar可以是单独的筋，也可以是夹层，加强筋和夹层的方向是任意的可以加载初始应力，初始应力可以为“pre-tensioned”(灌浆前后都可以)也可以为“post-tensioned”(通常无灌浆).OverviewofABAQUSVersion6.3Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.无钢筋混凝土的力学行为Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3无钢筋混凝土的力学行为混凝土在高压下（三轴）表现出准脆性的行为不同于普通的脆性材料,混凝土可以有非弹性变形，非弹性变形可以比弹性变形大很多混凝土损伤机制:混凝土内部微裂纹和微孔洞的产生和发展在高压（静水压力）下材料的固化和多微孔的结构的坍塌Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3MechanicalBehaviorofPlainConcrete单轴实验超过某应力水平,concrete表现非线性行为,表现出累积不可恢复的损伤直到发生破坏微裂纹导致应变软化单轴拉伸MazarsandPijaudier-Cabot(1989)单轴压缩KarsanandJirsa(1969)Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3MechanicalBehaviorofPlainConcrete体积膨胀:Volumeincreasethatresultsfromtheformationandgrowthofcracksparalleltothedirectionofthegreatestcompressivestress.Typicalplotofcompressivestressvs.axial,lateral,andvolumetricstrainCopyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3MechanicalBehaviorofPlainConcrete双轴加载：混凝土失效应力大于单轴状态时的失效强度Underbiaxialcompressiveloading,concretestrengthisgreaterthantheoneobservedinuniaxialtests.Compressivestressvs.straincomponentsandvolumetricstrainunderbiaxial-compressiveloadingKupferetal.(1969)Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3MechanicalBehaviorofPlainConcrete混凝土双轴强度包络图FailuremodesofbiaxiallyloadedconcreteBiaxialstrengthenvelopeofconcreteKupferetal.(1969)Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3MechanicalBehaviorofPlainConcrete三轴加载：高压混凝土裂纹扩展被阻止。脆性的特性被柔性硬化的特性代替。Underhighconfiningpressure,crackpropagationisprevented.Thebrittlebehaviordisappearsandisreplacedbyductilitywithworkhardening.TriaxialconcretebehaviorChen(1982)Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3MechanicalBehaviorofPlainConcrete循环加载力学行为塑性和刚度的退化反向加载刚度恢复(单向)Stress-deformationcurveundercyclicloading(smallcompressivestress)ReinhardtandCornelissen(1984)Stress-deformationcurveundercyclicloading(largecompressivestress)ReinhardtandCornelissen(1984)OverviewofABAQUSVersion6.3Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.ABAQUS中的混凝土本构模型Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3ABAQUS中的混凝土本构模型ABAQUS用连续介质的方法建立描述混凝土模型不采用宏观离散裂纹的方法描述裂纹的水平的在每一个积分点上单独计算低压力混凝土的本构关系Smearedcrackingmodel(ABAQUS/Standard)Brittlecrackingmodel(ABAQUS/Explicit)混凝土损伤模型(ABAQUSVersion6.3)高压力混凝土的本构关系CapmodelCopyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3SmearedCrackingModel(ABAQUS/Standard)用于描述单调应变在材料中表现出拉伸裂纹或者压缩时破碎的行为压缩塑性应变由“塑性压缩屈服面”控制裂纹出现在当应力达到裂纹产生面“crackdetectionsurface”时裂纹是影响材料行为的最关键因素，它将导致开裂以及开裂后的材料的各向异性Keywords:*CONCRETE,*TENSIONSTIFFENING,*SHEARRETENTION,and*FAILURERATIOS例题Copyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3CrackingModel(ABAQUS/Explicit)ABAQUS/Explicit中脆性破裂模型适用于拉伸裂纹控制材料行为的应用压缩失效不重要此模型考虑了由于裂纹引起的材料各向异性性质材料压缩的行为假定为线弹性.脆性断裂准则可以使得材料在拉伸应力过大时失效Keywords:*BRITTLECRACKING,*BRITTLEFAILURE,and*BRITTLESHEARCopyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3ConcreteDamagedPlasticity(ABAQUSVersion6.3)适用于混凝土的各种荷载分析单调应变,循环荷载,动力载荷.标量损伤模型(各向同性)，包含拉伸开裂(cracking)和压缩破碎(crushing).此模型可以模拟硬度退化机制以及反向加载刚度恢复的混凝土力学特性Keywords:*CONCRETEDAMAGEDPLASTICITY*CONCRETETENSIONSTIFFENING*CONCRETECOMPRESSIONHARDENING*CONCRETETENSIONDAMAGE*CONCRETECOMPRESSIONDAMAGECopyright2002Hibbitt,Karlsson&Sorensen,Inc.OverviewofABAQUSVersion6.3CapModel此模型最初于黏土材料在Drucker-Prager剪切失效模型加了一个“cap”Cap的作用约束模型的静水压力当材料剪切屈服时帮助控制体积膨胀这些特性使得“cap”模型适用于受到高压的混凝土静水压力别单轴压缩强度大很多这不包括任何表示拉伸裂纹（cracking）和压缩破碎(Crushing)的行为因此只适用于收到高压的混凝土.Keywords:*CAPPLASTICITYand*CAPHARDENINGOverviewofABAQUSVersion6.3Copyright2002Hibbitt,Karlsson