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<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，沿厚度方向的積分點(diǎn)數(shù)達(dá)到9個通常可以保證計(jì)算的準(zhǔn)確性；</p><p>2.

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)，并對文中的模型進(jìn)行了一些簡化。

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?lián)p傷彈性與拉伸和壓縮塑性相結(jié)合的方式來對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)

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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。

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.

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在屬性部分，混凝土采用塑性損傷模型，具體的模型在付費(fèi)內(nèi)容中提供了Excel表格，直接輸入抗壓強(qiáng)度即可替換。FRP的材料按照彈性材料進(jìn)行輸入，并按照最大的抗拉強(qiáng)度作為結(jié)束點(diǎn)。 在裝配部分，是1/4模型，并且建立參考點(diǎn)，為了施加荷載，建立參考點(diǎn)。并且為了網(wǎng)格的劃分，相應(yīng)的切割混凝土板，使得混凝土板的網(wǎng)格和加載塊的網(wǎng)格對齊。

下載地址：2010規(guī)范用C50混凝土損傷塑性本構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)

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。在動荷載作用下，混凝土在受力過程中拉伸和壓縮都會產(chǎn)生損傷造成的裂縫開展，從而導(dǎo)致材料剛度退化。

在ABAQUS內(nèi)采用CT2Model3D Multi-Material插件，選擇添加邊界后的文件夾內(nèi)的任意一張圖像，即可基于背景網(wǎng)格方式完成包含骨料、砂漿、ITZ在內(nèi)的三維混凝土細(xì)觀有限元模型重建。 下篇文章將介紹通過混凝土損傷塑性材料模型對重建后的混凝土試件進(jìn)行受壓模擬。

混凝土在外載荷作用下的非線性行為中同時包含微裂縫和塑性流動這兩種微觀機(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)。

混凝土細(xì)觀模型研究中主流的數(shù)字化重建方法主要分為以下兩類：一是幾何重構(gòu)法，從CT或照片圖像中提取真實(shí)骨料輪廓，通過AutoCAD等軟件重建混凝土骨料、ITZ幾何模型，再導(dǎo)入ABAQUS進(jìn)行網(wǎng)格劃分；二是圖像映射法，將混凝土高分辨率掃描圖像通過預(yù)處理將不同材料進(jìn)行顏色區(qū)分后，通過ABAQUS插件直接轉(zhuǎn)化為有限元網(wǎng)格單元，并依據(jù)圖像顏色差異劃分材料相。

模型建立后采用EasyCDP Mortar&ITZ插件設(shè)置混凝土損傷塑性材料參數(shù)，本案例不考慮骨料的損傷破壞。 設(shè)置分析步、載荷后建立作業(yè)，并在提交作業(yè)前采用ABAQUS CDED插件設(shè)置混凝土開裂。 提交作業(yè)完成模擬分析。

>韓林海</span>所開發(fā)的約束混凝土應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型，以及損傷因子，其中受壓本構(gòu)以及受拉本構(gòu)以及其損傷因子均有，且附帶鋼材料的二次流塑模型，可直接輸入abaqus進(jìn)行分析，均具有完美下降段。

3混凝土損傷本構(gòu)模型分析3.1基于ABAQUS的非關(guān)聯(lián)流動法則的混凝土損傷模型在ABAQUS中，創(chuàng)建混凝土材料的本構(gòu)模型是通過工具箱中的create material命令進(jìn)行的。模型首先定義混凝土的基本彈性屬性，主要是彈性模量、泊松比、密度。之后再定義混凝土損傷塑性塑性，主要是膨脹角、塑性勢偏移量、雙軸受壓初始屈服應(yīng)力與單軸受壓初始屈服應(yīng)力比值、K值、黏度系數(shù)五個參數(shù)。

纖維混凝土作為土木工程領(lǐng)域常用的復(fù)合材料具備良好的抗裂性及抗沖擊性能，纖維混凝土在荷載下的破壞行為及本構(gòu)關(guān)系對其應(yīng)用范圍具有重要影響。本案例通過AutoCAD隨機(jī)三維纖維插件建立隨機(jī)投放的圓柱體纖維模型，并將模型導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)，通過混凝土損傷塑性力學(xué)模型，研究沖擊荷載作用下鋼纖維混凝土的破壞情況。