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《abaqus_混凝土損傷塑性模型_損傷因子》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、混凝土損傷因子的定義BYlizhenxian271損傷因子的定義損傷理論最早是1958年Kachanov提出來用于研究金屬徐變的。所謂損傷,是指在各種加載條件下,材料內(nèi)凝聚力的進展性減弱,并導致體積單元破壞的現(xiàn)象,是受載材料由于微缺陷(微裂紋和微孔洞)的產(chǎn)生和發(fā)展而引起的逐步劣化。損傷一般被作為一種“劣化因素”而結(jié)合到彈性、塑性和粘塑性介質(zhì)中去。由于損傷的發(fā)展和材料結(jié)構(gòu)的某種不可逆變化,因而不同的學者采用了不同的損傷定義。一般來說,按使用的基準可將損傷分為:(1)微觀基準量1,空隙的數(shù)目、長度、面積、體積;
2、2空隙的形狀、排列、由取向所決定的有效面積。(2)宏觀基準量1、彈性常數(shù)、屈服應力、拉伸強度、延伸率。2、密度、電阻、超聲波波速、聲發(fā)射。對于第一類基準量,不能直接與宏觀力學量建立物性關(guān)系,所以用它來定義損傷變量的時候,需要對它做出一定的宏觀尺度下的統(tǒng)計處理(如平均、求和等)。對于第二類基準量,一般總是采用那些對損傷過程比較敏感,在實驗室里易于測量的量,作為損傷變量的依據(jù)。由于微裂紋和微孔洞的存在,微缺陷所導致的微應力集中以及缺陷的相互作用,有效承載面積由A減小為A’。如假定這些微裂紋和微孔洞在空間各個方向
3、均勻分布,A’與法向無關(guān),這時可定義各向同性損傷變量D為D=(A-A’)/A事實上,微缺陷的取向、分布及演化與受載方向密切相關(guān),因此材料損傷實際上是各向異性的。為描述損傷的各向異性,可采用張量形式來定義。損傷表征了材損傷是一個非負的因子,同時由于這一力學性能的不可逆性,必然有2有效應力定義Cauchy有效應力張量一般情況下,存在于物體內(nèi)的損傷(微裂紋、空洞)是有方向性的。當損傷變量與受力面法向相關(guān)時,是為各向異性損傷;當損傷變量與法向無關(guān)時,為各向異性損傷。這時的損傷變量是一標量。3等效性假設損傷演化方程推
4、導一般使用兩種等效性假設,一種是應變等效性假設,另一種是能量等效性假設。采用能量等效性假設可以避免采用應變等效假設而使得各向異性損傷模型中的有效彈性矩陣不對稱的問題.以下對兩種假設進行簡要的介紹。(1)應變等效性假設1971年Lematire提出,損傷單元在應力作用下的應變響應與無損單元在定義的有效應力作用下的應變響應相同。在外力作用下受損材料的本構(gòu)關(guān)系可采用無損時的形式,只要把其中的Cauchy應力簡單地換成有效應力即可。在一維線彈性問題中,如以表示損傷彈性應變則由此可得(2)能量等效性假設Sidirof
5、f的能量等價原理,應力作用在受損材料產(chǎn)生的彈性余能與作用在無損材料產(chǎn)生的彈性余能在形式上相同,只要將應力改為等效應力,或?qū)椥阅A扛臑閾p傷時的等效彈性模量即可。無損傷材料彈性余能:等效有損傷材料彈性余能:于是得,則進一步可以得到4單軸情況下?lián)p傷演化方程的介紹因為abaqus中用到的損傷塑性模型,在幫助文件中并沒有給給出如何定義損傷。如果用戶沒有自定義損傷因子,充其量是帶強度硬化的塑性模型。且在abaqus中用戶需要輸入的只是單軸下的,相應的損傷因子與開裂應變(或開裂位移)文中單指拉伸強化?;炷潦芾瓡r,主要
6、表現(xiàn)為脆性,具有較小的不可逆變形,因此工程上常把它視為彈性材料。從1980年開始,各國學者用損傷理論分析混凝土受載后的力學狀態(tài),提出了各種損傷模型,并首先應用于研究材料受拉的情況。建立損傷模型可以用能量的方法,也可以用幾何的方法,而最簡單又實用的是用半實驗半理論的方法。下面介紹一些關(guān)于混凝土材料主要的損傷模型。(1)經(jīng)典損傷理論的混凝土損傷變量計算方法:????????????D=1-Es/E0其中Es為應力應變曲線上任一點的割線模量。(經(jīng)過分析,該公式為彈性損傷模型,計算的損傷變量偏大,不適合ABAQUS
7、塑性損傷計算,輸入后會報錯)(2)Loland模型該模型認為,在應力值以前(),裂紋僅在體元中萌生和擴展,且保持在一個很小的限度內(nèi);在應力峰值以后()裂紋主要在破壞區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定擴展、開裂。1.時,混凝土損傷材料損傷演化方程為式中E為初始彈性模量。2.時,混凝土損傷材料損傷演化方程為由邊界條件:、、可以定出常數(shù)、、:、、在應力達到峰值應力前,Loland模型假定有效應力和應變之間為線性關(guān)系,與試驗結(jié)果比較吻合。而在峰值應變之后,有效應力為常數(shù),并由此得到損傷變量與應變?yōu)榫€性關(guān)系,與實際情況不符,是一種近似的模擬
8、。(3)Mazars模型混凝土損傷變量計算方法:式中:A,B為材料常數(shù),由實驗確定,對一般混凝土材料0.7