軟化段
關注創建者：PuPuPu 創建時間：2020-10-22
軟化段的實例教程
本文小結:
1、 Mw或DPC+HSD模型，可以說是官方首推的方法，workbench最適用的方法，其solid185和solid186(混凝土)和reinf單元（鋼筋）完美適合用（workbench 2020r2以后版本推出，鋼筋采用此單元，鋼筋與混凝土節點自動耦合），和《混規》GB50010的本構模型相比，DP模型區分了彈性段，強化段，軟化段，殘余應力段。未屈服前按照彈性材料處理，屈服后根據用戶選擇的HSD模型進行計算。中國規范中在峰值拉壓應變前后本構模型為冪函數，HSD模型中的Expotential HSD和中國規范為接近，實際中既可以采用指數函數的HSD也可以采用線性的HSD來進行計算。方法1是王新敏老師推薦的方法。
2、損傷-塑性微平面模型（CPT215單元）在模擬混凝土軟化、下降段方面，優于solid65（壓根就沒有），Mw或DPC（通常采用solid185、186），之前看到一個消息，說官方不建議在wb中使用，但是我用WB2024R1測試，沒啥問題，可以與renif單元聯合使用，相比方法1，需要在WB中插入命令流。其最大的缺點是涉及12個參數，很容易調對一個行為，另一個行為出錯。
3、 MISO或BISO模型（SOLID65單元）以Willam-Warnke理論為主，可考慮混凝土開裂和壓碎行為，可采用分離模型和整體式模型，為鋼筋混凝土結構的分析提供了手段，比較老牌的方法，比較靠譜。但該單元計算分析的收斂問題很讓人頭痛，尤其在荷載-位移曲線水平段和下降段時。只支持與link180單元一同使用，鋼筋與混凝土單元需要共節點，因此復雜結構，網格劃分存在一些難度。
展開 內聚力模型損傷
CSDMG：描述cohesive單元進入軟化段后的損傷狀態。
4. 復合材料損傷
ABAQUS支持多種復合材料損傷變量：
DAMAGEFT/FC：用戶手冊中描述為：
Fiber tensile/ compressive damage variable.
這里毫無疑問表征了纖維縱向的拉伸/壓縮損傷，如下圖。
DAMAGEMT/MC：用戶手冊中描述為：
Matrix tensile/ compressive damage variable.
直接翻譯為基體拉伸/壓縮損傷，喵星人通過實踐認為這是纖維橫向受力的損傷，如果有不同的觀點，也可在評論區討論。
結語
ABAQUS中的變量雖多，但歸根結底都是為描述材料行為和判斷結構狀態服務的。理解每個變量的物理意義，結合實際分析目標選擇合適的輸出，才能讓仿真結果真正“說話”。
如果你對某個變量還有疑問，或者想了解更深入的應用場景，歡迎在評論區留言！
展開 材料本構模型
3.1 混凝土塑性損傷模型
混凝土材料的單軸受力應力-應變關系由彈性段、強化段和軟化段 3 部分組成，可反映混凝土受力過程中的拉壓損傷。
3.2 鋼筋理想彈塑性模型
鋼筋的單軸受力應力-應變曲線由彈性段、屈服段2部分組成，可反映鋼筋受力過程中鋼筋屈服現象。
3.3 FRP-混凝土界面內聚力模型
FRP-混凝土界面力學行為由基于牽引-分離準則的雙線性應力-張開位移曲線表示，可反映純I型、純II型、混合型界面破壞形式
4. 仿真結果提取及分析
4.1 仿真結果準確性驗證
使用python代碼提取指定位置應力、應變、位移輸出輸出至Excel，相關資源請關注公眾號（有限元與力學）獲取。
力-跨中位移曲線
力-跨中FRP平均應變曲線
由上圖可以看出，模擬值與試驗值吻合較好，驗證了數值模擬方法的準確性。
4.2 FRP及鋼筋應力應變沿梁長分布
案例1 未加固受彎梁
受拉筋沿梁長應力分布
受拉筋沿梁長應變分布
案例2 FRP加固受彎梁
受拉筋沿梁長應力分布
受拉筋沿梁長應變分布
由上圖可看出，FRP加固受彎梁等同于提高構件配筋率。FRP加固后構件內部鋼筋承擔的力一定程度上被FRP分擔，隨著外荷載的不斷增加，FRP承擔力的比例不斷增加。
4.3 FRP與混凝土界面層應力云圖
外力22.57kN時界面層應力分布
外力69.2kN時界面層應力分布
由上圖可看出，FRP-混凝土界面層以剪切受力為主，外荷載22.57kN時界面層受力大于外荷載69.2kN時界面層受力，反映了界面層發生了損傷。
5. 結論
1）采用基于牽引-分離準則的內聚力模型可以準確模擬FRP與受彎梁之間的相互作用，FRP-混凝土界面以剪切受力為主。
展開 混凝土塑性損傷模型 ￥5.99
應用粘性系數修正，可提高軟化階段的收斂效率；</p><p>9. 要求材料的彈性行為應為各向同性且為線性的。</p><h2>1 線性損傷模型與塑性模型</h2><p>本節簡要介紹構成混凝土塑性損傷模型的線性損傷模型與塑性模型(Hibbitt等，2003)。</p><h2>1.1 線性損傷模型</h2><p>混凝土塑性損傷模型包括混凝土受拉開裂和壓碎兩種破壞機制，分別由<span style="background-color: yellow;">等效拉壓塑性應變</span>決定。單軸應力-應變關系轉變為<span style="background-color: yellow;">應力與塑性應變</span>的曲線。當混凝土自應力-應變關系曲線軟化段上一點卸載，其彈性模量因混凝土的損傷而有退化，退化程度由兩個損傷系數<em style="background-color: yellow;">dt</em><span style="background-color: yellow;">、</span><em style="background-color: yellow;">dc</em>來衡量，它們是塑性應變、溫度等的函數。
展開 當處于試件的軟化段狀態B時，輕骨料、砂漿和界面過渡區的部分內聚力單元出現完全損傷，出現了宏觀的斷裂裂縫，且形成了兩條明顯潛在的斜向45的斷裂帶，且與普通細觀混凝土單軸壓縮時裂縫主要沿著界面過渡區擴展不同，輕骨料細觀混凝土單軸壓縮時裂縫主要沿著界面過渡區和輕骨料內部擴展，在狀態C下，裂縫的寬度迅速增加，砂漿內部的裂縫與輕骨料內部的裂縫相聯通進而形成主裂縫，試件內部形成兩條斜向45的主裂縫，即形成兩條剪切帶。圖6為輕骨料混凝土細觀有限元模型的單軸受壓應力-應變曲線，在曲線上選擇了A至E共5個標志性狀態進行分析，對應各狀態下模型的裂縫擴展如圖7所示。
在狀態D與狀態E之間的受力階段，之前形成的兩條剪切帶已經損傷演化完全，在兩條剪切主裂縫之間形成多條豎向裂縫，將兩條剪切裂縫相連，并將試件分割成多個楔形塊，整個試件的破壞形態已初步成型。此后試件的變形逐漸轉化成各混凝土楔形塊之間的滑移。
圖7 輕骨料混凝土細觀模型單軸受壓下的裂縫擴展
3 參考文獻
[1] Kaplan, M. F. 1961. “Crack propagation and the fracture of concrete.” J. Proc. 58(11): 591-610. https://doi.org/10.14359/7999.
[2] Huang, K., and S. Yu. 1985. Elastoplastic fracture mechanics, Tsinghua University Press.
[3] Zhu, W., C. Tang, W. Zhao, and J. Teng. 2002.
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當混凝土自應力-應變關系曲線軟化段上一點卸載，其彈性模量因混凝土的損傷而有退化，退化程度由兩個損傷系數<em style="background-color: yellow;">dt</em><span style="background-color: yellow;">、</span><em style="background-color: yellow;">dc</em>來衡量，它們是塑性應變、
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1、 Mw或DPC+HSD模型，可以說是官方首推的方法，workbench最適用的方法，其solid185和solid186(混凝土)和reinf單元（鋼筋）完美適合用（workbench 2020r2以后版本推出，鋼筋采用此單元，鋼筋與混凝土節點自動耦合），和《混規》GB50010的本構模型相比，DP模型區分了彈性段，強化段，軟化段，殘余應力段。
當處于試件的軟化段狀態B時，輕骨料、砂漿和界面過渡區的部分內聚力單元出現完全損傷，出現了宏觀的斷裂裂縫，且形成了兩條明顯潛在的斜向45的斷裂帶，且與普通細觀混凝土單軸壓縮時裂縫主要沿著界面過渡區擴展不同，輕骨料細觀混凝土單軸壓縮時裂縫主要沿著界面過渡區和輕骨料內部擴展，在狀態C下，裂縫的寬度迅速增加，砂漿內部的裂縫與輕骨料內部的裂縫相聯通進而形成主裂縫，試件內部形成兩條斜向45的主裂縫，即形成兩條剪切帶
材料本構模型
3.1 混凝土塑性損傷模型
混凝土材料的單軸受力應力-應變關系由彈性段、強化段和軟化段 3 部分組成，可反映混凝土受力過程中的拉壓損傷。
3.2 鋼筋理想彈塑性模型
鋼筋的單軸受力應力-應變曲線由彈性段、屈服段2部分組成，可反映鋼筋受力過程中鋼筋屈服現象。
