考虑地震应变率效应的木材单轴受压本构模型

地震作用下木结构的精细化分析应考虑木材的应变率效应.为确定地震应变率对木材单轴受压力学性能的影响,选取落叶松和樟子松两种木材,分别设计了横纹试件与顺纹试件,通过其在地震应变率10^(-3)s^(-1)、10-2 s^(-1)、10-1 s^(-1)和准静态应变率10^(-4)s^(-1)作用下的单轴受压试验,研究了木材应力-应变关系、破坏模式、弹性模量、抗压强度等的变化规律.结果表明:木材抗压强度、弹性模量的单轴受压地震应变率效应明显;随着地震应变率水平的增大,木材抗压强度提高更为显著.进一步建立了考虑地震应变率效应的木材单轴受压本构模型,编写了相应的UMAT子程序,并将其嵌入ABAQUS有限元软件中.在此基础上,对木材进行了单轴受压数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好,验证了本构模型、UMAT子程序的正确性.研究成果可为木结构的抗震分析提供本构支持.

循环荷载作用下木材顺纹受力特性与本构模型研究

木材循环受力特性与本构模型是木结构在地震、疲劳荷载作用下受力分析的关键。作者设计并加工了一种适用于顺纹循环加载的棱柱体狗骨状木试件与配套夹具,基于35个试件的单调受拉、单调受压等单调加载和循环受拉、循环受压、等幅拉-不等幅压、等幅拉压等循环加载试验,分析木材在不同加载条件下的变形特征、破坏模式、应力-应变全曲线性质与加卸载刚度变化行为,并结合木纤维损伤与断裂特征,进一步揭示木材单调/循环受力全过程变形机制。结果表明:木材顺纹拉应力呈前期稳定发展、后期随机跌落特征;顺纹受压在峰值荷载后产生屈曲和剪切两种典型局部化变形模式;循环加卸载骨架曲线与木材单调受拉/受压特征相似,卸载后的反向再加载刚度显著退化。在此基础上,建立能够综合描述木材单调与循环受力行为的统一本构模型,并由试验验证其正确性。研究结果可为木结构数值分析与力学评估提供依据。

考虑地震应变率效应的木材三维弹塑性损伤本构模型及其数值实现

木结构在服役过程中可能遭遇地震作用,木材表现出明显的地震应变率敏感性,需要建立考虑地震应变率效应的木材非线性本构模型。文章系统梳理已有研究中木材在不同地震应变率水平、不同纹理方向的试验结果,分析其不同纹理方向考虑应变率影响的强度与弹性模量绝对值统计规律性,建立木材考虑地震应变率效应的强度与弹性模量地震应变率影响系数表征模型。在此基础上,基于连续介质损伤力学建立考虑地震应变率效应的木材三维弹塑性损伤本构模型,编写相应的UMAT子程序,并将其嵌入ABAQUS有限元软件中。采用所建立的弹塑性损伤本构模型对木材进行顺纹与横纹受压加载模拟,模型结果与试验结果吻合较好,验证了所建本构模型及UMAT子程序的正确性。研究成果可为木结构的抗震分析与评估提供更符合实际的本构模型支持。

基于木材弹塑性损伤本构的古建木结构残损梁柱构件损伤非线性分析

局部糟朽、虫蛀在古建筑梁柱构件中普遍存在,采用数值模拟方法分析其受力性能意义重大。在连续介质力学和损伤力学框架内,建立木材的弹塑性损伤本构模型,并基于ABAQUS的用户材料开发接口UMAT进行本构模型的二次开发,通过模拟已有文献中的三点受弯木梁试验,对本构模型的正确性进行验证。通过人工预制局部开槽的方式模拟实际古建筑木结构中梁柱构件的局部糟朽和局部虫蛀,基于所开发的本构模型建立有限元模型,并通过已有试验验证模型的正确性。结果表明:所建木材的弹塑性损伤本构模型和木梁、木柱的有限元模型可较好地反映残损梁柱构件在受力过程中的非线性受力和损伤演化行为。