ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入

但是ABAQUS塑性損傷模型除了能模擬單調加載的混凝土行為外,更重要的功能就是模擬循環、動態荷載下的混凝土反應,在結構的抗震性能分析能起到很好的作用。

在動荷載作用下,混凝土在受力過程中拉伸和壓縮都會產生損傷造成的裂縫開展,從而導致材料剛度退化。CDP 模型就假定混凝土材料主要因為拉伸開裂和壓縮破碎而破壞,拉伸和壓縮采用不同的損傷因子來描述這種剛度退化,詳見圖 1、圖 2。

ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖1

ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖2

圖中E0是材料初始未受損的彈性剛度。損傷變量dc和dt分別為壓縮和拉伸條件下的損傷因子,表示彈性剛度的退化。損傷后的彈性模量為(1-dc)E0,或(1-dt)E0。損傷因子dc或dt=0時表示沒有損傷,dc或dt=1時表示材料失去強度。

那么混凝土的塑性損傷本構模型中的損傷因子到底對混凝土的應力-應變曲線有什么影響呢?讓我們采用100mm*100mm*300mm的混凝土棱柱體模型來做個測試看一下。

依然采用C110級混凝土的本構關系,混凝土的屈服應力和非彈性應變表格如下。子選項中損傷參數和非彈性應變關系的表格也在圖中給出。

ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖3

ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖4

但是注意上圖中紅色框部分默認是不填的,即下圖中的混凝土壓縮損傷——拉伸恢復因子wt,混凝土拉伸損傷——壓縮復原因子wc,默認是不填的。

ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖5ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖6

因為CDP模型假定混凝土從拉伸到壓縮時裂縫會閉合,剛度會恢復;從壓縮到拉伸時裂縫仍然存在,剛度不會恢復。因此在ABAQUS中不填的話默認wt(拉伸剛度恢復因子)=0,wc(壓縮剛性恢復因子)=1.

下圖為損傷因子和剛度恢復因子在混凝土載荷循環中對混凝土本構模型的影響。

ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖7

本測試中為了簡化,只進行了軸壓方向的循環位移荷載,而且只循環三次。

ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖8

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模擬云圖結果如下:

ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖10

混凝土棱柱體模擬結果的應力-應變曲線如下:

ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖11

從圖中我們可以看出:

1,在單調荷載下,設置損傷因子后混凝土峰值應力和峰值應變比無損傷因子的要低,但差別只有3%左右,可以忽略不計。

2,循環荷載設置為3圈,綠色曲線為無損傷因子的,藍色曲線為有損傷因子的。可以看到第一圈上升段兩曲線重合,峰值應力相同,因為此時混凝土還沒有損傷。第一圈卸荷時,無損傷因子的曲線峰值應變更大。第二圈和第三圈的兩曲線混凝土峰值應力均大大降低。但無損傷因子的混凝土峰值應力和退化后的彈性模量比有損傷因子的要大。


因此,損傷因子在單調荷載下設置與否差別不大,但非常影響循環荷載下的混凝土應力-應變關系,損傷因子會降低循環荷載下損傷后的混凝土強度和剛度。

此外

損傷因子是可以通過計算確定的,計算方法有多種,文獻【1】中給出的下圖計算方法是其中的一種。

ABAQUS混凝土損傷塑性模型損傷因子對本構關系影響 附c40~c45混凝土損傷因子ABAQUS輸入的圖12

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