混凝土应变率型弹塑性损伤本构模型

针对混凝土在不同应变率加载作用下的变形和强度特征,在现有试验数据研究基础上,首先提出了基于热力学定律的一般弹塑性损伤模型,再将应变率敏感性参数引入其中,推导出了应变率型弹塑性损伤本构模型.模型计算结果与试验结果比较表明,所建立的本构模型可以很好地描述混凝土在不同加载速率时的力学特征.应用该模型可预测大范围应变加载情况下混凝土破坏强度.结果表明：应变率对混凝土力学性能影响较大.     

混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型

在提出了静力弹塑性损伤本构模型的基础上，通过对损伤能释放率阀值进行PERZYNA粘性规则化以及引入粘弹性一损伤阻尼应力，建立了基于能量的混凝土弹塑性损伤本构关系统一模型；给出了该模型的基本公式和相应的非线性有限元数值实现算法，并对KOYNA混凝土重力坝进行了动力非线性数值模拟。结果表明：建议统一模型能较好地描述包括应变率效应在内的混凝土典型非线性行为，并可以直接在材料本构层次考虑阻尼的影响，同时其数值算法是稳定有效的，可以应用于大型混凝土结构的非线性分析。     

混凝土弹塑性单轴受压分形损伤本构关系研究

考虑混凝土单轴受压破坏机理,在混凝土静力损伤基础上引入弹簧-摩擦块模型,以模拟混凝土弹塑性阶段的细观结构变化。基于细观模型中弹簧、摩擦块对混凝土断裂面的影响,分析了混凝土受压损伤的破坏规律,建立了不同强度等级混凝土弹塑性单轴受压损伤本构模型,采用混凝土分形曲面模拟方法对所建模型进行了验证。结果表明：所建立的模型能够较好描述混凝土的塑性变形,对混凝土弹塑性的离散范围具有良好的预测能力。     

基于不同本构模型的混凝土结构地震倒塌对比分析

基于混凝土材料本构模型,结合精细化结构单元模型和高效稳定的数值算法,实现了混凝土结构的动力倒塌全过程分析。对建模方法、结构分析方法、材料与构件失效准则等进行了简要介绍。以某钢筋混凝土框架-剪力墙结构为例,分别采用混凝土弹-脆性本构模型、弹塑性本构模型和随机损伤本构模型进行了结构地震倒塌全过程分析。结果表明：混凝土本构模型对结构倒塌分析具有重要的基础地位,本构模型选取不当,将给出错误的倒塌模式或分析结果;混凝土随机损伤本构模型能够准确地预测结构的强非线性行为,可用于复杂混凝土结构倒塌全过程的模拟。     

考虑温度影响的混凝土弹塑性本构模型

基于弹塑性理论建立了能够考虑温度影响的混凝土弹塑性本构模型,用以描述混凝土在不同温度条件下的力学性能。基于ABAQUS软件平台中的用户材料子程序(UMAT)进行二次开发,完成了该模型的程序实现。通过针对混凝土单元的单轴压缩和双轴压缩的数值试验对该模型进行验证。研究结果表明:建立的弹塑性本构模型能够有效的反映不同温度条件下混凝土材料的力学性能。     

高强混凝土轴压本构关系研究

基于混凝土的细观损伤机制和损伤本构关系模型,推导了高强混凝土轴压弹塑性本构关系,结合已有研究成果,通过对初始弹性模量、峰值应变等模型关键参数进行综合分析,建立了基于混凝土轴心抗压强度参数的计算方法,所得应力-应变关系(含残余变形)既可用于单调加载,也适用卸载后再加载,可与已有的普通混凝土轴心抗压本构关系相协调,与试验结果相比较,预测结果与实际值吻合良好。     

考虑初始缺陷的混凝土压缩试验

以混凝土损伤理论为基础,通过进行混凝土单轴压缩试验,研究考虑初始缺陷的混凝土相关力学性能.通过对试验结果的分析,在此基础上提出较为合理的混凝土本构模型.文中混凝土损伤本构模型的建立,首先找出理想无损状态应力,即有效应力的表达式,然后根据试验结果求出损伤演化规律,最后得到最终的混凝土损伤本构方程.文中的混凝土本构模型可以较好地体现混凝土在各个阶段的受力特征.     

基于修正弹塑性损伤模型的钢筋混凝土高桥墩地震损伤分析

Faria-Oliver损伤本构模型是一种模型参数少、标定方便、计算效率较高的混凝土弹塑性损伤本构模型,但此模型对循环荷载作用下混凝土受拉行为的描述略有不足;针对此点提出了修正模型,并基于大型有限元软件ABAQUS编制了修正模型的用户材料子程序VUMAT,对钢筋混凝土高桥墩进行了地震损伤分析。分析结果表明:基于提出的修正Faria-Oliver损伤模型对高桥墩进行地震损伤分析,能有效识别高桥墩在地震作用下的典型损伤破坏过程。并进而发现高桥墩在地震作用下易发生多处损伤,且损伤位置以及损伤演化过程对地震动频谱特性具有敏感性的特点。     

木材本构模型研究进展

木材本构模型是木结构受力分析的基础。基于木材各纹理方向的单调加载、重复加卸载试验结果，总结了木材的失效机理及其非线性受力特征。在此基础上，梳理了木材经验本构模型、弹性本构模型、弹塑性本构模型和损伤本构模型的研究现状，分析了上述本构模型对木材非线性受力行为的表征能力及其存在的问题。结果表明：木材非线性受力特征包括顺纹及横纹受拉脆断、顺纹受压应变软化、横纹受压应变强化、顺纹和横纹剪切脆断、顺纹和横纹受压卸载时存在的不可恢复变形和刚度退化行为等；不同本构模型对木材非线性受力特征的表征能力不同，但弹塑性损伤本构模型最能全面反映其非线性受力机制。对于木材本构模型，亟待深入开展的研究工作，主要包括：建立基于木材宏观构造特征与物理性能的全部弹性常数预测模型；建立复杂受力状态下木材损伤机制与强度准则；建立可以考虑塑性与损伤耦合效应、材质劣化效应的弹塑性损伤本构模型，为进一步完善木材本构模型提供参考。     

冲击爆炸荷载作用下混凝土材料两类弹塑性损伤本构模型的对比分析

冲击爆炸荷载作用下,混凝土弹塑性损伤本构模型包含流体弹塑性模型和帽盖弹塑性模型。就本构理论而言,这两类模型在偏应力模型、压力-体应变关系和损伤模型三个方面存在本质的区别。模拟混凝土结构在不同荷载作用下的动力响应时,了解不同本构模型的特点并选择合适的模型进行数值模拟是获得合理预测结果的先决条件。文章探讨了这两类弹塑性模型的本构理论区别并给出两类模型的适用条件。选取弹体低速侵彻混凝土薄板和弹体高速侵彻混凝土厚板两个算例对两类弹塑性模型进行比较,结果表明,弹体低速侵彻下,两类模型预测结果接近并且均与试验结果吻合;弹体高速侵彻下,流体弹塑性模型预测结果与试验结果吻合,而帽盖弹塑性模型预测结果与试验结果差别很大。这一结果表明,在冲击荷载作用下,流体弹塑性模型可适用于低压力到高压力的不同情况,而帽盖弹塑性模型只适用于较低压力(约1GPa),不适用于高压力如弹体高速侵彻的情况。     

混凝土宏观本构模型研究进展

近年来,随着结构工程的快速发展,对结构在罕遇地震和风载作用下的精准数值模拟与性能化设计提出了更高需求.结构工程中的混凝土属于准脆性材料,试验表明混凝土具有显著的受压软化、受拉软化、剪切软化和捏拢效应等特性.针对上述特性,概述了结构工程数值模拟中常用的6种混凝土数值模型,包括非线性弹性模型、脆性裂缝模型、弹塑性裂缝模型、...     

岩土损伤本构模型研究进展

损伤力学在岩土工程中的应用日益广泛,很多学者建立了一大批基于不同条件的、适合不同材料的、考虑不同环境影响的各式各样的岩土损伤本构模型。根据研究损伤的方法不同,本文将这些损伤本构模型大体分为三类:宏观损伤本构模型、细观损伤本构模型和统计损伤本构模型,并对其进行评述,指出了当前损伤本构模型研究存在的问题和发展趋势。     

An enhanced damage plasticity model for predicting the cyclic behavior of plain concrete under multiaxial loading conditions

Some of the current concrete damage plasticity models in the literature employ a single damage variable for both the tension and compression regimes, while a few more advanced models employ two damage variables. Models with a single variable have an inherent difficulty in accounting for the damage accrued due to tensile and compressive actions in appropriately different manners, and their mutual dependencies. In the current models that adopt two damage variables, the independence of these damage variables during cyclic loading results in the failure to capture the effects of tensile damage on the compressive behavior of concrete and vice-versa. This study presents a cyclic model established by extending an existing monotonic constitutive model. The model describes the cyclic behavior of concrete under multiaxial loading conditions and considers the influence of tensile/compressive damage on the compressive/tensile response. The proposed model, dubbed the enhanced concrete damage plasticity model (ECDPM), is an extension of an existing model that combines the theories of classical plasticity and continuum damage mechanics. Unlike most prior studies on models in the same category, the performance of the proposed ECDPM is evaluated using experimental data on concrete specimens at the material level obtained under cyclic multiaxial loading conditions including uniaxial tension and confined compression. The performance of the model is observed to be satisfactory. Furthermore, the superiority of ECDPM over three previously proposed constitutive models is demonstrated through comparisons with the results of a uniaxial tension-compression test and a virtual test.     

基于能量方法的分段曲线混凝土损伤模型

混凝土损伤模型的研究,实际上是研究混凝土材料的本构行为。在外界因素作用下,材料的累积变形引起结构内部损伤发展,最终将产生宏观裂缝直至破坏。根据Najar能量损伤理论,提出新的分段曲线混凝土受压损伤演变方程,并给出不同强度混凝土损伤演变方程。通过计算、对比、分析、认为:建议的损伤模型与已有的混凝土本构模型吻合较好。该方法的优点是参数少,不同强度的混凝土有确定的损伤演变方程,可以动态分析混凝土的累积损伤程度。对比理论计算与试验结果表明,二者吻合较好,可为混凝土结构损伤仿真分析提供另一个解决途径。     

冲击荷载下聚丙烯纤维混凝土动态性能试验研究

本文通过改进的分离式Hopkinson压杆试验装置对聚丙烯纤维混凝土进行冲击压缩试验。对5种不同纤维掺量的混凝土进行了4个应变率的单轴冲击压缩试验。从已有的本构模型中选择最合适的来模拟聚丙烯纤维混凝土,并对本构方程进行了改进。自定义了一种损伤确定方式,并通过对比损伤因子来确定了应变、应变率及纤维掺量对损伤演化的影响,得出损伤演化最慢时的纤维掺量;应变率效应在峰值应力中体现得比较明显,但在初始弹性模量上却相差甚微;一定的纤维掺量可以增加材料的韧性,但是过多或者过少的掺量都会导致峰值应力减小。     

Ein dreiaxiales Stoffgesetz für Betone mit normaler und hoher Festigkeit

A triaxial constitutive Law for Concretes with normal and high Strength A triaxial constitutive law for concrete is developed, which bases upon damage theory combined with plasticity. This approach is isotropic and purely strain based, which simplifies its formulation and implementation in numerical methods. Triaxial strength and nonlinear stress‐strain behaviour can be modelled. Uni‐ and biaxial states are included as special cases. Application is possible in numerical methods for all conventional concrete grades up to high strength concrete, whereas the definition of parameters is easy feasible by means of generally available data, in contrast to other models.     

混凝土本构模型的研究现状与展望

混凝土本构模型是混凝土结构研究的一个重要方向,时从基于经典力学基础上的本构模型到基于新兴力学理论的本构模型进行分析比较,指出基于神经网络的混凝土模型有很大发展前景。     

盾构管片接头破坏的弹塑性–损伤三维有限元模型研究

分别采用弹塑性本构和弹塑性损伤本构,建立盾构管片接头三维有限元模型,模拟正负弯矩下接头压弯破坏全过程。与实验对比后表明:初始加减阶段采用弹塑性本构和损伤本构得到的结构变形曲线基本重合,且与试验值吻合较好;荷载进一步加大后,采用损伤本构进行分析,其结果更接近试验值,且可更好地模拟结构承载力下降过程。通过有限元网格的收敛性分析,证明网格划分的合理性并给出此类有限元模型网格大小的建议值。最后根据数值模拟结果给出管片接头健康评价指标。     

混凝土火灾损伤本构模型研究

混凝土材料在高温作用下的力学性能研究对混凝土结构防火设计和火灾损伤评估具有重要意义。构建了混凝土火灾损伤本构模型,引入热损伤反映温度对混凝土弹性模量、抗拉强度、抗压强度等力学参数的影响,考虑到混凝土受拉和受压状态下的不同的损伤特性,将混凝土材料的损伤分为受压损伤、受拉损伤和热损伤三种。建立了损伤演化、塑性流动以及内变量演化方程,通过塑性-损伤耦合,描述了不同温度和应力状态下混凝土的应力-应变特性,证明了模型严格符合热力学定律。利用所建立的本构模型对不同温度下的混凝土单轴拉伸、压缩试验进行了模拟计算,计算结果与试验结果能较好地吻合,证明了模型的合理性。