喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移

粘結滑移行為是結構工程精細化有限元的重要部分。常見的應用場景例如FRP加固結構中的粘結界面、新舊混凝土疊合面、鋼筋和混凝土的粘結界面等。相比綁定/內置,考慮粘結滑移的模型可能出現(xiàn)變形增大,峰值位移相對滯后,剛度相對較低,滯回曲線捏縮等宏觀現(xiàn)象,但對模型本身粘結力和滑移大小等微觀行為的查看使用者通常不知如何處理。今天喵星人就通過一個視頻教會大家如何提取ABAQUS中的粘結-滑移。

1.Cohesive

在加固結構、疊合構件等相互作用表面通常采用Cohesive考慮界面間的粘結滑移。本案例為喵星人論文復現(xiàn)課程“ABAQUS碩士學位論文/SCI論文復現(xiàn)—FRP加固RC梁四點彎曲脫粘過程”,模型如下圖。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖1

其中加固粘結面的粘結力和滑移值在場變量中即可輸出。在分析步模塊中,需在場變量輸出請求中勾選CSTRESS和CDISP標簽。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖2

在后處理中,通過CSLIP1/CSLIP2和CSHEAR1/CSHEAR2來表征粘結力和滑移。其中1/2分別代表滑移的兩個方向。對于ABAQUS而言,通過直角坐標系在界面上的投影確定方向:X軸在接觸面上的投影方向通常為1方向,若X軸與接觸面近乎垂直,那么Z軸投影方向即為1方向,當1方向確定后,與1方向垂直的平面方向即為2方向。例如圖中CSLIP1和CSHEAR1即為CFRP加固底面的縱向滑移與粘結應力輸出變量。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖3
喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖4

需要注意的是,ABAQUS粘結滑移輸出僅支持對從表面的場輸出。因此在相互作用中注意區(qū)分主從面。同樣,也可在后處理場變量輸出中輸出單元節(jié)點的滑移和粘結力值。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖5

注意,此時粘結力值的量綱為應力量綱,其物理意義為粘結面單位面積所受到的粘結力。這與彈簧和連接器的量綱不同,需要特別強調!

2.非線性彈簧

用戶手冊指出非線性彈簧可通過變量S11輸出彈簧力。因此其后處理也可通過S11分析其粘結力。本案例來源于喵星人課程“ABAQUS快速建立鋼筋與混凝土粘結滑移(非線性彈簧單元/連接器單元)”,模型如下圖。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖6

通過插件可以快速建立鋼筋和混凝土節(jié)點間的粘結滑移彈簧,且兩者不需要對應網(wǎng)格。在彈簧/阻尼器管理器中建立三個方向的彈簧,本案例中Z方向為滑移方向,在inp文件中完成粘結滑移本構的非線性修改。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖7

在后處理中首先切換到S11場變量,通過創(chuàng)建顯示組篩選出粘結滑移彈簧Z-SPRING。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖8

此時界面顯示所有滑移Z向彈簧,此時僅需在場變量輸出中點選所關注的粘結位置輸出S11即可。需要注意的是此時S11并不代表X向的粘結力,而是指定彈簧的粘結力,而彈簧具有唯一方向,因此滑移方向也被確定。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖9

注意,此時S11量綱為力量綱,其物理意義為該彈簧所受到的指定方向的拉/壓力。

3.連接器單元

連接器單元必須在歷程變量中指定CU和CTF輸出滑移和粘結力。本案例同樣來源于喵星人課程“ABAQUS快速建立鋼筋與混凝土粘結滑移(非線性彈簧單元/連接器單元)”,如下圖。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖10


通過插件可以快速建立鋼筋和混凝土節(jié)點間的粘結滑移連接器,且兩者不需要對應網(wǎng)格。并通過設定坐標系、指派粘結滑移屬性形成粘結滑移相互作用。假設指定1方向為滑移方向,在歷程變量中請求以下輸出。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖11

但在后處理中由于無法通過場變量輸出點,且歷程變量無法快速找到指定位置的連接器信息,此時僅需通過查詢的方式確定指定連接器的單元ID,并在歷程中輸出。

喵星人教會你如何在ABAQUS中提取粘結-滑移的圖12

同樣,此時CTF的量綱為力量綱,其物理意義為該連接器所受到的指定方向的拉/壓力。

結語

以上三種粘結滑移類型的后處理方式是專注于各種粘結滑移模擬的喵星人多年項目經(jīng)驗總結。也希望各位同學能對工程問題具體分析采用哪種方法。

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