LS-DYNA中混凝土损伤模型(K&C)的基本力学行为分析

混凝土构件在冲击动力作用下的损伤模拟一直以来都是一个难题,制约其发展的最重要因素之一便是材料本构模型的合理选择.基于通用动力有限元分析软件LS-DYNA对其中常用的混凝土损伤模型(K&C)的基本力学行为进行分析,包括全过程拉压应力应变关系、网格敏感性和应变率效应等.研究结果有利于进一步理解该材料模型的特性,并为混凝土构件的有限元分析奠定一定的理论基础.

基于混凝土损伤模型的盾构隧道极限承载力研究

提出一种基于损伤的盾构隧道极限承载力分析方法,引入一种基于能量的应力分解的双标量弹塑性损伤本构模型以描述混凝土材料的损伤劣化行为,而后基于三维非连续接触模型构建盾构隧道精细化数值计算模型,最后,通过与足尺模型试验结果对比验证本文方法的有效性。研究结果表明:本文方法得到的荷载-收敛变形曲线和结构损伤开裂模式与试验结果较吻合,能够较好地反映加载过程中的结构变形、内力的传递、损伤演化过程、失效模式以及应力重分布等;隧道结构的失效破坏过程可分为线弹性阶段、屈服-损伤阶段和失效破坏阶段,在试验加载制度下,模拟出的阶段Ⅰ和Ⅱ的荷载限值分别为227.62 kN和418.12 kN,收敛变形限值分别为0.17%Dt和1.34%Dt(Dt为隧道直径);当隧道收敛变形达到规范规定限值0.60%Dt时,拱顶、拱底和两侧拱腰出现多条纵向离散裂纹,拱顶接头螺栓进入屈服状态,接头塑性铰已具雏形;盾构隧道结构的失效模式表现为拱顶和拱腰接头螺栓屈服、混凝土开裂最终形成多个接头塑性铰而被破坏。

基于修正混凝土塑性损伤模型的大应变FRP约束混凝土有限元分析

精确的有限元分析(FEA)依赖于材料的准确定义。通过编写用户子程序UMAT实现了大断裂应变纤维增强聚合物(LRS FRP)在纤维方向上拉伸特性的定义。基于Abaqus中混凝土塑性损伤模型的理论框架,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型用于定义LRS FRP约束混凝土的材料特性。这些改进包括:通过LRS FRP约束混凝土的实验数据校准了与屈服准则相关的参数K;硬化/软化准则与约束刚度相关;流动法则与轴向塑性应变相关。采用修改后的材料模型进行FEA,结果表明:FEA预测的应力-应变曲线与实验结果吻合。基于FEA的结果,讨论了矩形柱截面上应力分布的不均匀性,根据约束效果可分为有效约束区域和弱约束区域,且在约束有效区域上应力分布不均匀性随着截面比(长边/短边)的增加而增加。

基于混凝土塑性损伤模型的桥墩在快速水流作用下的损伤分析

为探究快速水流作用对桥梁水下结构的影响,基于混凝土塑性损伤模型,建立了某桥墩在水流压力作用下的有限元分析模型,系统分析了不同水流速度、水深条件下不同强度桥墩结构变形及损伤的发生、发展过程及特征。结果显示,快速水流作用下,桥墩根部迎水面的受拉区更容易发生损伤;考虑结构非线性后,桥墩的水位高度临界值在8m左右,水流速度的临界值在6m/s左右;超过临界值后桥墩的塑性损伤及墩顶位移发展急剧加快,在一定条件下会超过规范限值。计算结果还表明,对同一个桥墩而言,损伤发生时的预警流速仅为按照规范规定的墩顶位移限值确定的预警流速的0.6倍左右,故目前传统设计的桥梁存在一定的损伤隐患;而提高混凝土强度并不能显著提高预警流速,将混凝土强度从C25提高到C40,预警流速仅增加了10%。

混凝土损伤塑性模型参数选取及应用

针对ABAQUS(有限元分析软件)的CDP模型(混凝土损伤塑性模型)的参数选取问题,结合袁迎曙的试验结果,对CDP模型的黏性系数、剪胀角以及计算方法的选取展开探讨。结果表明:1)黏性系数取0.001时具有良好的计算精度和收敛性;2)剪胀角取36°左右时,计算结果与试验结果最为吻合;3)对于CDP模型的钢筋混凝土,不适合采用Risk法(弧长法)进行计算,而应采用“Static,General”法(一般静力学法)。参数建议值的计算结果较好地反应出钢筋混凝土梁损伤开裂破坏的过程,可为港口码头等工程钢筋混凝土构件力学性能的研究提供参考。

一种简化的混凝土结构地震损伤评估模型及方法

随着地震工程学的发展和结构抗震设计思想和理论的进步,探讨结构在地震作用下的地震损伤破坏机理和基于结构性能的抗震设计方法(PBSD)逐渐得到了各国专家、学者的重视。而地震损伤评估的研究就是其中的一个重要方向。鉴于现阶段混凝土结构地震损伤评估方法的局限性,本文采用推广的混凝土材料的Mazars损伤模型,进而提出了一种基于常规有限元分析荷载子步的简化的地震损伤评估方法,这种方法实现简单,便于实际工程应用,同时具有一定的精细性。最后,将本文的损伤评估方法应用到一个钢筋混凝土框架的地震损伤评估实例中,分析结果与实验和实际的震害比较吻合,表明本文提出的模型和方法是有效的。

基于动力子模型法的混凝土重力坝动力损伤分析

针对混凝土重力坝抗震分析中因工程结构、荷载复杂性所造成的建模、计算及后处理难的问题,将常规子模型法拓展应用于重力坝动力分析中,并结合混凝土塑性损伤模型进行多级子模型计算。应用算例验证了该方法的可靠性和精确性,以观音岩水电站工程为例,采用人工边界的初始全局模型后,将其坝基结果施加于坝体子模型上,根据坝体的损伤区域对顶部廊道部分进行二级子模型计算,得到了满足工程应用的分析结果。

ABAQUS混凝土损伤塑性模型的静力性能分析

为评估ABAQUS有限元软件中混凝土损伤塑性模型分析混凝土材料和构件静力性能的能力,用该模型对混凝土材料单轴、双轴应力状态下力学性能以及构件的抗弯、抗剪性能进行模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明,混凝土损伤塑性模型可以较为精确地模拟单轴受压、单轴受拉、双轴受压以及双轴受拉状态下混凝土材料的力学性能,能较好地反映双轴应力状态下的材料破坏包络线,也能较好地预测钢筋混凝土构件的抗弯和抗剪性能及其破坏特征,但不能很好地描述双轴拉压应力状态下混凝土材料的力学性能,也不能反映材料的体积应变发展变化规律。

基于混凝土损伤模型的灌注桩水平承载性状分析

单桩水平承载力是抵抗建筑物水平变形、桩基抗震计算的重要参数。水平静载荷试验一般为桩顶自由状态,而实际工程中筏形或者条形基础对桩顶有较强的约束作用;此外,现有设计方法基于弹性反力假设,桩身结构基于线弹性假定,未考虑桩身混凝土开裂对承载力的影响。采用混凝土塑性损伤模型,选取上海典型场地软土试桩验证后,进一步分析竖向荷载、配筋率、桩顶固接条件以及对灌注桩水平承载力影响。分析表明:竖向荷载对桩身混凝土的压应力有利于提高单桩水平承载力;提高配筋率能在一定程度上提高单桩水平承载力,改善后期变形以及桩身延性;桩顶固接约束能够有效提高单桩水平承载力。弹性地基反力m法计算得到桩顶固接与自由状态水平承载力比值与本文差异较大,桩顶固接对水平承载力提高程度有待试验进一步验证。

基于混凝土塑性损伤模型的轨道板损伤规律

基于混凝土塑性损伤模型,建立CRTSⅠ型轨道板损伤分布计算模型,将Tekscan传感器测得的钢轨支点压力作为荷载输入,以轨道板竖向位移及拉伸损伤因子作为评价指标,分析客货共线条件下水泥乳化沥青(CA)砂浆离缝状态时锚穴周边轨道板上表面混凝土的内部损伤规律.结果表明:随着离缝长度的不断扩展,损伤产生及完全损伤的临界离缝高度均逐渐变小;当离缝长度扩展至第2、3锚穴时,客车荷载下损伤产生的临界离缝高度分别约为0.8、1.0mm,货车荷载下约为0.5、0.8mm;一旦超出损伤产生的临界离缝高度,由于轨道板损伤的发展,轨道结构整体抗弯刚度迅速降低导致板端竖向位移迅速增大;对于客车荷载,当离缝扩展至第3锚穴且高度大于1.0mm后,CA砂浆形成脱空,板端位移不再增长,对于货车荷载,当离缝扩展至第3锚穴且高度大于1.3mm后,由于二次损伤带的产生,板端竖向位移随离缝高度的增大迅速增大.

混凝土损伤塑性模型的参数分析

阐述了ABAQUS中混凝土损伤塑性模型材料参数的设定方法和取值要求,分析讨论了膨胀角、粘性系数等一些重要参数的定义和计算方法。通过对钢筋混凝土单层单跨框架进行有限元分析,与试验结果进行对比,验证了ABAQUS中混凝土损伤塑性模型在实际应用中的可靠性,并进一步分析了各参数设置对计算结果的影响。

基于混凝土损伤塑性模型的软基上船闸闸室设计

利用有限元计算软件ABAQUS,考虑混凝土的塑性变化,以某软基上的船闸闸室为基本计算结构,分析了不同工况下弹性模型和弹塑性模型的应力应变分布规律。通过对比可以发现,弹塑性模型得出的结果更符合实际受力情况,可为设计人员配筋设计提供参考。

混凝土损伤塑性模型在软基上船闸设计中的应用

利用有限元计算软件ABAQUS,以某软基上的船闸闸首为基本计算结构,建立了闸首-地基三维有限元模型,分析了在同一工况下弹性模型和弹塑性模型的应力分布规律,求出了配筋模型中钢筋的拉应力,并根据计算结果及相关公式对配筋效果进行了检验。检验结果显示,配筋设计符合安全要求。

反复加载作用下混凝土损伤塑性模型参数验证

主要研究反复加载作用下混凝土梁柱构件模型有限元参数的验证,Abaqus中通常采用混凝土损伤塑性模型(CDP模型)来定义混凝土本构关系,这是因为,损伤塑性模型在模拟混凝土构件的力学性能方面有很高的精度。而影响损伤塑性模型精度的六个参数包括:受压屈服应力、非弹性应变、受压损伤参数、受拉屈服应力、开裂应变、受拉损伤参数。原本需要混凝土材料试验得到以上六种参数,通过Abaqus中损伤塑性模型理论和规范中混凝土本构模型,在编程软件Matlab的帮助下,得到了C40混凝土的损伤塑性模型参数,节省了大量的时间和成本。在此基础上对梁柱节点试验进行精确化的建模,与试验结果相比,模拟结果有较高的精确度,误差在可接受范围以内。进而可得出,得到的混凝土损伤塑性模型的6个参数是准确的。

基于能量守恒修正的混凝土损伤本构模型

为了改进传统的混凝土损伤本构模型,采用TAW-2000试验系统对养护3 d和28 d的混凝土试样进行了三轴力学特性试验,并通过混凝土加载过程中的能量计算方法,确定了混凝土变形过程中的总能量、弹性能和耗散能,根据能量守恒原理建立了可描述混凝土应力-应变关系的修正本构模型。通过模型曲线的对比验证了所建立本构模型的合理性和优越性,并明确了模型参数的物理意义。结果表明:以往本构模型曲线在混凝土应力-应变曲线峰后阶段具有较大的偏离度,而修正的本构模型曲线在应力-应变曲线峰后段的吻合度要更优。模型参数γ可较好地反映混凝土的脆性和延性特征,模型参数n可较好地反映混凝土的强度特征。

利用混凝土损伤塑性模型评价CRCP+AC复合式路面的损伤演变

在连续配筋混凝土复合式路面(CRCP+AC)的研究中,CRCP面板的裂缝形态和分布模式是影响今后路面使用性能和生命周期的重要因素。研究采用ABAQUS有限元程序中的混凝土损伤塑性模型(CDP)表征CRCP面板的力学特性,结合三维瞬态热传导分析的温度场数据,分析了变温条件下的结构损伤情况;并进一步分析复合式路面在温度变化和交通荷载耦合作用下,CRCP面板损伤的演化规律以及裂缝张开闭合的行为特征。研究认为沥青面层的作用不仅仅局限在功能性方面,它可以明显改善CRCP面板的受力状况;复合式路面设计中应根据CRCP面板的温缩性能和损伤性能综合考虑沥青面层的合理厚度。

基于混凝土损伤塑性模型的钢-混凝土组合梁纵向开裂有限元分析

为了深化某超高层建筑项目中的钢-混凝土组合梁设计,对其破坏形态的影响因素展开研究。通过运用ABAQUS对组合梁进行了单调加载分析,再与试验结果进行对比,验证了应用混凝土损伤塑性模型来判断钢-混凝土组合梁中混凝土破坏损伤及裂缝发展的可行性,并探讨了混凝土强度、栓钉纵向间距、栓钉横向间距、横向钢筋配筋率对组合梁破坏形态的影响。结果表明:破坏时斜裂缝与栓钉连线的角度随着栓钉纵向间距增大而增大,随着栓钉横向间距、混凝土强度或横向钢筋配筋率增大而减小,且极限承载力随着裂缝与栓钉连线的角度θ的减小而增大。

混凝土塑性损伤模型参数在预制桩中的研究及应用

对ABAQUS预制桩混凝土塑性损伤模型和GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中的混凝土本构关系参数进行了计算,对比分析了计算结果与试验结果,并验证了混凝土损伤塑性模型参数设置的正确性及在非线性分析中的可靠性,为钢筋混凝土结构精细化非线性有限元分析提供参考。

混凝土损伤塑性模型损伤因子的取值及应用研究

ABAQUS混凝土损伤塑性模型可以有效用于混凝土结构性能研究,但模型中真实的损伤因子往往由于试验条件的限制难以被获取,为此提出一种损伤因子的计算方法。基于混凝土结构设计规范提供的混凝土本构关系,运用Sidiroff能量等价原理对损伤因子进行推导,采用数值模拟与试验研究相结合的方法分析一根钢筋混凝土简支梁,并将模拟结果与试验结果相对比。研究结果表明,模拟值曲线与试验值曲线吻合度较好,且ABAQUS分析结果中损伤云图显示出的梁受损情况与试验中观察到的破坏现象基本一致,验证了该计算公式的准确性,有利于混凝土损伤塑性模型达到理想收敛状态,为日后学者使用该模型进行混凝土结构非线性分析提供参考。

用损伤法计算混凝土断裂过程区的等效缝长

在混凝土结构宏观裂缝前缘存在一定范围的断裂过程区,若考虑其影响,则裂缝失稳扩展的临界缝长已不再是初始缝长a0,而是最大荷载对应的等效临界缝长ac,即ac=a0+Δae,其中Δae是断裂过程区的等效裂缝长度。损伤力学认为混凝土从开始受力到最终破坏的整个过程就是一个损伤产生、积累、发展的过程。在计算断裂过程区等效缝长时,应考虑混凝土初始损伤及σ-ε曲线上升段对计算结果的影响。本文运用灰色理论计算了楔入劈拉实验试件的初始损伤D0和损伤阈值Df,并基于虚拟裂缝模型原理,运用损伤力学理论,对初始裂缝为a0的混凝土楔入劈拉试件进行研究,推导得到了断裂过程区的等效缝长Δae及对应的损伤度。