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摘 要：硬化土模型在描述軟土和較硬土的變形特性上有較好的表現(xiàn)，文章結(jié)合有限元軟件ABAQUS中的UMAT二次開發(fā)平臺，編寫了硬化土本構(gòu)模型子程序，提高了硬化土模型的泛用性，并提出了通過NewtonRapson迭代、Runge-Kutta迭代等數(shù)值方法求解任意應(yīng)變增量對應(yīng)的應(yīng)力增量，最后通過室內(nèi)三軸壓縮試驗數(shù)據(jù)驗證了程序的正確性和合理性。

<p>硬化土模型(Hardening Soil) 因其實用性以及計算準確性受到巖土工程數(shù)值模擬的廣泛關(guān)注。然其理論并未完全公開。經(jīng)筆者多年研究，提出并在ABAQUS的UMAT中編譯了一種新的本構(gòu)模型，與硬化土模型有相同的理論基礎(chǔ)，相同的模型參數(shù)，結(jié)果亦與硬化土模型差距極小。

配套 UMAT 代碼可直接在 ABAQUS 編譯運行，采用全隱式積分搭配一致切線模量，收斂速度極快、計算精度極高，適合初學(xué)者快速入門。</p><p class="ql-align-justify">下圖展示了部分PDF內(nèi)容，及umat計算結(jié)果與abaqus內(nèi)置模型對比，可以發(fā)現(xiàn)umat收斂速度極快，與abaqus內(nèi)置模型幾乎一致。

配套 UMAT 代碼可直接在 ABAQUS 編譯運行，采用全隱式積分搭配一致切線模量，收斂速度極快、計算精度極高，適合初學(xué)者快速入門。</p><p>下圖展示了部分PDF內(nèi)容，及umat計算結(jié)果與abaqus內(nèi)置模型對比，可以發(fā)現(xiàn)umat收斂速度極快，與abaqus內(nèi)置模型幾乎一致。

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)殼方式進行鋪層，自定義了“離散”坐標系。3. 在分析部上，打開幾何非線性，輸出參考點RP-1的力和位移。4.

本文利用ABAQUS UMAT子程序，簡單實現(xiàn)了混凝土受拉狀態(tài)下的破壞。本構(gòu)模型的實現(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行判定。

在建立模型時候，采用的是1/4模型進行建立，這樣可以減少模型的計算時間，是一種高效的ABAQUS建模方法。在Part部分，C代表的混凝土板，F(xiàn)RP-Jing和FRP-Wei分別代表徑向和緯向的FRP格柵支，目的是為了區(qū)別兩個方向的FRP的性能不一致。L代表的是支座和加載塊，按照離散剛體建立。

因此為了方便大家的應(yīng)用，筆者開發(fā)了ABAQUS混凝土CDP模型插件，省去了繁瑣的Excel計算，只需選擇混凝土等級并選擇性地修改參數(shù)，便可直接在Abaqus前處理界面直接生成混凝土本構(gòu)，與大家一起分享。【操作界面】操作界面各參數(shù)意義：【本構(gòu)生成】：【混凝土CDP模型插件正確性驗證】1.

混凝土細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。

混凝土在細觀層面上由水泥砂漿、粗骨料和界面過渡區(qū)（ITZ）組成，在Abaqus內(nèi)基于粗骨料隨機投放建立混凝土細觀模型，是研究混凝土軸壓下的本構(gòu)關(guān)系及損傷演化的有效方法。本案例建立隨機圓形粗骨料及實體界面過渡區(qū)，對二維細觀混凝土在單軸壓縮下的力學(xué)行為進行有限元模擬，展示混凝土的破壞形態(tài)。

為控制細觀混凝土模型在ABAQUS三維重建后的總單元數(shù)量，通過BatchImageResizer批量圖像縮放軟件對混凝土切片掃描圖像降低分辨率。

《基于三維隨機細觀模型的珊瑚混凝土力學(xué)性能模擬》一文中建立了考慮界面層（ITZ）、骨料、砂漿的三相混凝土模型，并采用“背景投影法（網(wǎng)格映射法）”建立了六面體非均質(zhì)混凝土有限元模型。

ABAQUS二維混凝土細觀模型的數(shù)字化重建技術(shù)(一)幾何重構(gòu) https://www.yqgqt.org.cn/post/1990726 本篇介紹二維混凝土細觀模型在ABAQUS中數(shù)字化重建技術(shù)的第二種方法——基于ABAQUS背景網(wǎng)格的圖像映射方法。

由于骨料形態(tài)的復(fù)雜性和空間分布的隨機性，建立一個能反映混凝土實際骨料級配、含量及其形態(tài)的隨機骨料模型并進行有限元分析，是深入解釋混凝土損傷機理的關(guān)鍵，也為研究混凝土性能提升提供了高效的方向指導(dǎo)。本文通過使用CAD插件實現(xiàn)Abaqus的模型構(gòu)建，建立包含球形、凸型多面體（碎石）骨料，并考慮了界面層的三維混凝土細觀隨機模型，并對骨料的空間分布進行探討。

混凝土細觀結(jié)構(gòu)對其宏觀力學(xué)性能具有決定性影響。界面過渡區(qū)（ITZ）作為骨料與水泥基體間的薄弱相，顯著影響混凝土的力學(xué)行為與耐久性。在ABAQUS中構(gòu)建含界面過渡區(qū)的多面體骨料密堆積3D模型，能夠真實反映混凝土細觀非均質(zhì)特性，精確模擬骨料形態(tài)、分布及界面行為對材料性能的影響機制。

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隨機三維纖維插件建立隨機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。

鋼纖維混凝土（SFRC）彌補了素混凝土抗裂性的不足，為建立鋼纖維混凝土的力學(xué)本構(gòu)模型，本案例通過CAD隨機纖維3D插件建立隨機分布的纖維線模型，并將模型導(dǎo)入ABAQUS內(nèi)，通過梁單元纖維模型，研究細觀纖維混凝土梁在三點彎曲下的破壞特征及荷載位移曲線。

>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進行分析，均具有完美下降段。