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钢材和混凝土的有限元分析本构模型

(2018-04-25 19:43:53)
标签:

有限元分析

有限元

强度分析

结构分析

机械产品设计

编辑:杭州那泰科技咨询    www.nataid.com

钢材和混凝土的有限元分析本构模型

    对于全过程有限元分析法,需要给定钢材和混凝土的本构模型,钢管混凝土数值分析的关键在于核心混凝土本构模型的确定,而寻求一种既能较全而反映混凝土各种特性,又能便于实际计算的本构关系模型尚要进一步研究。目前,在钢管混凝土受力分析中得到应用的混凝土本构模型有以弹性力学为基础的非线性弹性本构模型、塑性一断裂理论和内时理论以及各大型有限元商业软件中给定的混凝土本构模型等。其中Mander等对约束混凝土进行了深入的研究,应用William-Warnke五参数强度准则计算约束混凝土轴向极限强度,并采用Popovics应力-应变表达式建立了约束混凝土的本构关系。该模型能较好地反映随约束效应的提高约束混凝土的极限强度及峰值应变相应增大、下降段趋于平缓等现象。

ABAQUS是基于有限元方法的工程模拟软件,该软件功能强大,具备丰富的单元库和材料模型库,可以模拟大多数典型工程材料的性能。本节使用非线性有限元程序ABAQUS4根轴心受压下的钢管混凝土试件柱进行有限元分析,得到荷载-应变全过程曲线和极限承载力,并将分析结果与相关的试验数据进行对比,以验证有限元模型的正确性。

在有限元网格中,钢管与核心混凝土采用27节点实体单元模拟,每个节点有3个自由度。钢管本构采用von Mises屈服准则、相关流动法则以及各项同性应变强化的弹塑性模型;核心凝土采用Mander模型,用Drucker-Prager屈服准则模拟混凝土的屈服面,并基于相关流动法则和各向同性硬化准则模拟混凝土的响应。为了模拟钢管与核心混凝土的粘结作用,法向上采用基于表面相互作用的接触压力一超闭合模型,切向上采用库仑摩擦模型。

       钢管混凝土在受荷过程中,核心混凝土由于受到钢管的约束,其极限承载力有较大的提高,延性也得到显著改善。总体来说,有限元分析结果与试验数据吻合得相当好,误差在可接受的范围内,从而证明了有限元模型的正确性。

          本研究简单概述了钢管混凝土轴压性能的理论分析方法及本构关系,以非线性有限元程序ABAQUS为平台,选择了合适的材料本构模型和参数,对4根轴心受压下的钢管混凝土柱进行有限元建模和分析,并得到了各柱的荷载一应变全过程曲线和极限承载力,最后将分析结果与相关的实验数据进行对比,结果表明,有限元分析结果与试验数据吻合得相当好,误差在可接受的范围内,验证了有限元模型的正确性。

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