混凝土塑性損傷模型 非線性分析
關(guān)注創(chuàng)建者：物力有限元 創(chuàng)建時(shí)間：2020-11-23
混凝土塑性損傷模型 非線性分析的視頻教程
Abaqus中混凝土損傷塑性模型（CDP）4種混凝土本構(gòu)，3種損傷因子計(jì)算方法
Abaqus中混凝土損傷塑性模型（CDP） 一、4種混凝土本構(gòu)計(jì)算方法 ①10規(guī)范 ②02規(guī)范（過鎮(zhèn)海模型）? ③丁發(fā)興模型 ④ConcreteD模型 二、3種損傷因子計(jì)算方法 ①圖解法? ②能量法? ③規(guī)范法 三、真實(shí)應(yīng)力、真實(shí)應(yīng)變與名義應(yīng)力、名義應(yīng)變的轉(zhuǎn)換 四、鋼筋雙折線模型 五、Mander模型計(jì)算（改良計(jì)算方法 六、本構(gòu)及損傷因子的選取與截?cái)?附件包含：
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ABAQUS混凝土塑性損傷模型（CDP模型）計(jì)算方法
ABAQUS混凝土塑性損傷模型（CDP模型）計(jì)算方法分別用02版規(guī)范和10規(guī)范計(jì)算了混凝土受壓及受拉應(yīng)力應(yīng)變曲線，并做了對(duì)比，同時(shí)建立了鋼筋混凝土柱進(jìn)行了驗(yàn)證。
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ABAQUS混凝土塑性損傷模型
《 ABAQUS混凝土塑性損傷模型》 【ABAQUS混凝土塑性損傷模型】 學(xué)員通過本節(jié)課程能對(duì)ABAQUS中混凝土塑性損傷模型（CDP）的定義有一定了解，初步建立混凝土有限元分析的理論基礎(chǔ)； 課程對(duì)CDP模型相關(guān)輸出參數(shù)進(jìn)行解剖講解，使用戶了解如何使用它； 為了使學(xué)員更好的用好CDP模型，課程對(duì)CDP常見文件進(jìn)行分類和描述，并提出相應(yīng)的解決方案和改善建議。
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混凝土塑性損傷模型 非線性分析的實(shí)例教程
基于ABAQUS混凝土損傷模型的某適筋梁非線性靜力分析一般過程
某適筋梁，截面尺寸以及配筋如下所示，采用ABAQUS對(duì)其進(jìn)行靜力分析。在加載處以及支座附近分別設(shè)置了剛性墊塊，混凝土保護(hù)層厚度取35mm。
材料特性如下：
1、混凝土：抗壓強(qiáng)度fc=24MPa,抗拉強(qiáng)度ft=2.4MPa，采用混凝土損傷本構(gòu)模型；密度為2400Kg/m^3
2、鋼筋：彈性模量E=190GPa,泊松比u=0.3,屈服強(qiáng)度210MPa;密度為7800Kg/m^3
3、墊塊：彈性模量E=2100GPa，泊松比u=0.3;密度為7800Kg/m^3
建模過程如下：
一、建立part
根據(jù)上圖信息，分別建立梁主體、剛性墊塊、底部受拉筋、頂部受壓筋、箍筋的part。混凝土保護(hù)層厚度取35m，底部第一排鋼筋與第二排鋼筋的間距取35mm，端頭縱筋的保護(hù)層厚度取25mm。建立過程中需要提前規(guī)劃好點(diǎn)位坐標(biāo)，以方便后續(xù)組裝。
二、定義材料
混凝土：彈性模量取29.5GPa,根據(jù)本構(gòu)模型計(jì)算表格，輸入相應(yīng)的參數(shù)，得到混凝土的本構(gòu)模型。
鋼筋：鋼筋采用理想彈塑性模型，輸入?yún)?shù)如下。
墊塊：只考慮其彈性行為，按彈性材料輸入。
三、截面屬性定義
對(duì)于梁主體以及墊塊，直接賦予材料屬性即可。對(duì)于鋼筋，還需輸入截面面積，不同型號(hào)的鋼筋體現(xiàn)在截面面積上，類似ANSYS中實(shí)常數(shù)的輸入。
四、部件組裝
根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸圖，組裝成體。為了利于墊塊與梁主體之間的連接，在梁的適當(dāng)部分進(jìn)行切分。
展開 這是我自己計(jì)算的2010規(guī)范中ABAQUS混凝土損傷塑性模型-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中C50混凝土-彈模34400Mpa-損傷因子計(jì)算及EXCEL
首先用自己的數(shù)據(jù)計(jì)算2010規(guī)范中規(guī)定的混凝土本構(gòu)關(guān)系
然后借助文件夾中02版規(guī)范的方法，計(jì)算損傷因子。
以后還會(huì)有詳細(xì)計(jì)算方法，此數(shù)據(jù)僅供參考。
2010規(guī)范用C50混凝土損傷塑性本構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)-彈模34400MPa-帶損傷因子-自己數(shù)據(jù)計(jì)算得出.rar
【圖二】
單軸壓縮模型（左側(cè)）、選擇平面應(yīng)變單元，對(duì)比CDP模型中損傷的影響。
結(jié)論：
當(dāng)模型損傷較小時(shí)，兩條曲線基本重合，但隨著應(yīng)變?cè)黾樱?em>損傷逐漸增大，會(huì)降低材料的模量，對(duì)于平面應(yīng)變模型，模量會(huì)在一定程度上降低材料的側(cè)限壓力，因此會(huì)降低一部分殘余強(qiáng)度。如果這樣的差異可以接受，那么可以不定義損傷，因?yàn)檫@樣可以極大增強(qiáng)模型的收斂性，降低計(jì)算成本。
【圖三】
單軸壓縮模型（左側(cè)）、選擇平面應(yīng)變單元，對(duì)比幾何非線性對(duì)結(jié)果的影響。
注意：這里對(duì)比的是加載點(diǎn)的位移-反力曲線，很多小伙伴會(huì)提取模型外力，然后除以初始橫截面積，這個(gè)應(yīng)力是名義應(yīng)力，拿這個(gè)和輸入的材料參數(shù)（真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線）進(jìn)行對(duì)比，是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹．?dāng)然，如果模型沒有定義幾何非線性（Negeom=No）時(shí)，模型輸出的名義應(yīng)力=真實(shí)應(yīng)力。
【圖四】
帶圍壓的壓縮模型（右側(cè)）、選擇平面應(yīng)變單元，對(duì)比模型圍壓的影響。
曾經(jīng)在課程中說過CDP的本構(gòu)模型，重點(diǎn)提到了本構(gòu)的靜水壓力相關(guān)性，但并沒有給出直觀的對(duì)比曲線，所以大家印象不深刻，還是會(huì)提出諸如：為什么單元應(yīng)力比定義的屈服強(qiáng)度還大的問題。
結(jié)論：
該模型每增加2MPa圍壓，混凝土強(qiáng)度增加近10MPa，因此圍壓對(duì)CDP材料的屈服強(qiáng)度有極大影響。在復(fù)雜的工況作用下，單元往往都會(huì)受到周邊混凝土或鋼筋的限制，因此超過單軸抗壓強(qiáng)度也就不足為怪了。
正因?yàn)镃DP模型對(duì)圍壓極其敏感，很多小伙伴會(huì)發(fā)現(xiàn)單元的應(yīng)力應(yīng)變曲線在后期會(huì)出現(xiàn)增大的現(xiàn)象，為了印證這一點(diǎn)，大家可以查看單元應(yīng)力輸出中的Pressure組合量的變化趨勢。
不知道大家是否能回答最開始的那幾個(gè)問題了？
展開 (推薦6.14、2016版本，仍保留固流分析耦合模塊，后版本取消該模塊)，
文后附 6.14-4 軟件下載鏈接及子程序相關(guān)下載，
【簡介】
為簡便鋼筋混凝土構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)的本構(gòu)模型設(shè)置，本期給大家推薦一款A(yù)baqus混凝土CDP模型插件，供大家應(yīng)用參考。這個(gè)插件無需繁瑣的Excel操作，僅需選擇混凝土等級(jí)即可在Abaqus前處理界面一鍵生成混凝土CDP本構(gòu)曲線，且可任意調(diào)整本構(gòu)曲線長度，并可對(duì)極限強(qiáng)度進(jìn)行修正，且適用于不同的力、位移單位，可用于各類混凝土構(gòu)件及結(jié)構(gòu)的精細(xì)化分析。
對(duì)于鋼筋混凝土構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)而言，正確合理的本構(gòu)模型是對(duì)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性分析的關(guān)鍵。ABAQUS提供三種混凝土本構(gòu)關(guān)系模型，分別為脆性開裂模型、彌散開裂模型及損傷塑性模型，其中，混凝土損傷塑性 (Concrete Damaged Plasticity，CDP)模型是通過將各向同性下損傷彈性與拉伸和壓縮塑性相結(jié)合的方式來對(duì)混凝土的非彈性行為進(jìn)行描述的，適用于Standard和Explicit兩大求解模塊，可用于模擬混凝土在任意荷載作用下的受力情況，同時(shí)考慮了由于拉、壓塑性應(yīng)變導(dǎo)致的彈性剛度的退化以及循環(huán)荷載作用下剛度的恢復(fù)，具有較好的收斂性。有關(guān)CDP模型的介紹及應(yīng)用可見推文：
【JY】淺談混凝土損傷模型及Abaqus中CDP的應(yīng)用
【程序可解決的問題】
采用ABAQUS模擬梁柱節(jié)點(diǎn)時(shí)，ABAQUS中CDP模型損傷系數(shù)計(jì)算到0.9和損傷系數(shù)計(jì)算到0.99所得的滯回曲線相差甚大，筆者建立了現(xiàn)澆梁柱節(jié)點(diǎn)模型對(duì)此進(jìn)行了驗(yàn)證。
CDP模型本構(gòu)曲線末尾段的選取，對(duì)滯回曲線下降段的影響較大。
展開 但是ABAQUS塑性損傷模型除了能模擬單調(diào)加載的混凝土行為外，更重要的功能就是模擬循環(huán)、動(dòng)態(tài)荷載下的混凝土反應(yīng)，在結(jié)構(gòu)的抗震性能分析能起到很好的作用。
在動(dòng)荷載作用下，混凝土在受力過程中拉伸和壓縮都會(huì)產(chǎn)生損傷造成的裂縫開展，從而導(dǎo)致材料剛度退化。CDP 模型就假定混凝土材料主要因?yàn)槔扉_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。
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(shí)表示沒有損傷，dc或dt=1時(shí)表示材料失去強(qiáng)度。
那么混凝土的塑性損傷本構(gòu)模型中的損傷因子到底對(duì)混凝土的應(yīng)力-應(yīng)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(gè)測試看一下。
依然采用C110級(jí)混凝土的本構(gòu)關(guān)系，混凝土的屈服應(yīng)力和非彈性應(yīng)變表格如下。子選項(xiàng)中損傷參數(shù)和非彈性應(yīng)變關(guān)系的表格也在圖中給出。
但是注意上圖中紅色框部分默認(rèn)是不填的，即下圖中的混凝土壓縮損傷——拉伸恢復(fù)因子wt，混凝土拉伸損傷——壓縮復(fù)原因子wc，默認(rèn)是不填的。
因?yàn)镃DP模型假定混凝土從拉伸到壓縮時(shí)裂縫會(huì)閉合，剛度會(huì)恢復(fù)；從壓縮到拉伸時(shí)裂縫仍然存在，剛度不會(huì)恢復(fù)。因此在ABAQUS中不填的話默認(rèn)wt(拉伸剛度恢復(fù)因子)=0，wc(壓縮剛性恢復(fù)因子)=1.
下圖為損傷因子和剛度恢復(fù)因子在混凝土載荷循環(huán)中對(duì)混凝土本構(gòu)模型的影響。
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混凝土塑性損傷模型 非線性分析的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
混凝土塑性損傷模型 非線性分析的最新內(nèi)容
<p class="ql-align-justify">本內(nèi)容基于韓林海的約束混凝土模型所制作的Excel，可用于將其輸入直接到ABAQUS中，用于建立鋼管約束混凝土型，具體如下：</p><p class="ql-align-justify">模型介紹：</p><p class="ql-align-justify">本模型基于<span style="color: rgb(25, 27, 31);"
<p>本課程為分享課B1—基于GB50010-2010規(guī)范的混凝土塑性損傷本構(gòu)模型（表格與小程序），主要分享給從事鋼管混凝土、混凝土結(jié)構(gòu)研究的學(xué)生，科研工作者。</p><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202412/attachment
<p>混凝土塑性損傷模型是基于拉、壓各向同性塑性的連續(xù)線性損傷模型，用于描述混凝土的非線性行為。采用通用有限元分析軟件ABAQUS/Standard分析，在此軟件中的混凝土塑性損傷模型具有以下特點(diǎn)：</p><p>1. 適于各種單元（梁、桿、殼、實(shí)體）的混凝土或其他類似的脆性材料的模擬，用于殼元時(shí)，沿厚度方向的積分點(diǎn)數(shù)達(dá)到9個(gè)通常可以保證計(jì)算的準(zhǔn)確性；</p><p>2. 雖然它主要致力于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的分析
本模型為基于CDP的FRP約束混凝土ABAQUS有限元模型
1. 在部件的建立上，使用殼體模擬FRP，實(shí)體模擬混凝土
2. 在材料屬性上，混凝土采用CDP模型，基于混規(guī)。FRP材料的單層板模型，并且采用常規(guī)殼方式進(jìn)行鋪層，自定義了“離散”坐標(biāo)系。
3. 在分析部上，打開幾何非線性，輸出參考點(diǎn)RP-1的力和位移。
4. 在相互作用上，將加載力的平面耦合到參考點(diǎn)RP-1上，并將FRP與混凝土進(jìn)行綁定
基于matlab的鋼筋混凝土非線性分析，根據(jù)梁本構(gòu)關(guān)系，然后進(jìn)行非線性分析，繪制彎矩-曲率曲線。可設(shè)置梁的截面尺寸、混凝土本構(gòu)，鋼筋截面面積等相關(guān)參數(shù)，程序已調(diào)通，可直接運(yùn)行。
混凝土塑性損傷模型在工程上應(yīng)用較為廣泛，同類型的本構(gòu)模型多內(nèi)置于各類仿真軟件中，供用戶模擬混凝土結(jié)構(gòu)的破壞和受力情況。本文根據(jù)Peter Grassl 和 Milan Jira′sek 2006年的文章《Damage-plastic model for concrete failure》進(jìn)行本構(gòu)模型代碼復(fù)現(xiàn)，并對(duì)文中的模型進(jìn)行了一些簡化。
UMAT
本文利用ABAQUS UMAT子程序，簡單實(shí)現(xiàn)了混凝土受拉狀態(tài)下的破壞。本構(gòu)模型的實(shí)現(xiàn)算法摘抄自DeBorst的書籍《Nonlinear Finite Element Analysis of Solids and Structures》，基本如下：
為了簡化模型，筆者將書中損傷部分做了簡化，不再采用損傷屈服面進(jìn)行判定。損傷影子w的計(jì)算直接由塑性等效應(yīng)變確定
01 案例背景
為了滿足評(píng)估地震載荷對(duì)土木工程性能影響的需求，SEPTEN與EDF研發(fā)部門合作，開展了一項(xiàng)關(guān)于模擬鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的研究與開發(fā)計(jì)劃。該項(xiàng)目的重要貢獻(xiàn)是開發(fā)了交替循環(huán)載荷下的兩種鋼筋混凝土模型：2D各向異性的Nada?_B模型，與3D各向同性Endo_Isot_Béton模型。
目前這些模型需要進(jìn)行深入的驗(yàn)證工作，除了驗(yàn)證模型之外，這項(xiàng)工作也必須規(guī)定模型的使用規(guī)則，使得結(jié)果更具可靠性
混凝土在外載荷作用下的非線性行為中同時(shí)包含微裂縫和塑性流動(dòng)這兩種微觀機(jī)制的影響。在考慮混凝士等準(zhǔn)脆性材料的非彈性力學(xué)行為方面，連續(xù)損傷力學(xué)模型可以通過不同的方式來描述材料剛度和強(qiáng)度的退化以及單邊效應(yīng)。真正意義上的彈塑性損傷本構(gòu)模型：不僅考慮卸載時(shí)不可恢復(fù)塑性變形的影響，而且還應(yīng)該考慮損傷和塑性的雙向耦合效應(yīng)。
彈性階段應(yīng)力應(yīng)變滿足如下關(guān)系
通過對(duì)應(yīng)力進(jìn)行譜分解，可得
式中，
如圖 紅色部分輸入即可 采用韓林海本構(gòu)模型 藍(lán)色部分直接復(fù)制粘貼
受拉使用應(yīng)力斷裂能 輸入簡單
整個(gè)模型收斂速度快 擬合程度較好
