谈一谈混凝土的本构关系

作者&投稿:御宗 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
~ 混凝土的行为表述目前仍然是经验的世界。本文仅涉及混凝土本构行为的连续体唯像模型,不涉及混凝土内的化学反应和发热(暨由此而产生的时效和自收缩),不涉及如smeared crack model这样的假想细观模型。最后,为了简化问题,本文仅考虑混凝土的静态变形行为,不考虑应力-应变曲线的时滞,蠕变,也就是变形的粘性成分。

大量的实验数据是建立维像模型的基础,在下面的参考文献[1]~[7]中列举了大量的实验数据,在此不再赘述。

从上图中我们可以看到如下特征

混凝土受压能力强,受拉能力弱。也就是说其变形行为受到体积力的很大影响。上图为受到不同周向压力下轴向的应力-应变图。可以看出,周向力(图中以[公式] 来表示)大时,轴向的可变形量也大。

综上所述,弹-塑-损伤模型也许是描述混凝土变形行为的可行模型。

损伤用于表现材料承载能力的减小。导入损伤系数[公式] ,弹性应力-应变关系可以写成 [公式] .此时[公式]可以是标量也可以是矢量。使用矢量可以来表示不同方向的损伤,使用标量时则假定损伤没有方向性·。

在大多数情况下,上面的式子简写为[公式] 。此时 [公式] 为一个随着变形逐渐减小的标量。如何写出损伤系数的演化公式用来再现图1中卸载时的应力-应变曲线斜率则是广大实验工作者的课题了。

按照下面的原则构筑屈服函数

如果得到了上面的损伤和屈服函数,就可以经过简单的数学推导得到本构方程。

在开源软件

中导入了参考文献[1]中得到的混凝土本构方程(该部分未公开),下面结合上面的论述看看混凝土本构方程的具体实装。Maekawa本构方程是建立在应变空间的各向同性的本构方程。

屈服函数的偏应变部分

屈服函数的体积应变部分

最后得到的本构方程如下*

[公式]

整个公式给我的印象是真够复杂。难以想象其创造者是怎么想出来的。这个不服不行!

采用FrontISTR计算了三向受压圆柱问题。如图6·所示,其计算结果与理论解相同。

本文所得到的混凝土本构方程虽然出自参考文献[1], 但是与其记载的公式并不相同。参考文献[1]给出的是一个可以继续简化的夹生公式。有意思的是有其他的研究者( 山下拓三,堀宗朗,小国健二,冈泽重信,牧刚史, 高桥良和:大规模有限要素法のためのコンクリート非线形构成则の再定式化, 土木学会论文集 A2(応用力学),vol.67, No.1, 145-154, 2011.)想把这个夹生饭煮熟,他们得到的公式确实简化了一些,但可惜是完全错误的。


Abaqus中怎么输入混凝土的本构关系?本构关系值怎么得到?
一般用塑性损伤模型,concrete damaged plasticity。

...并加以解释。混凝土为什么是非线性材料,是因为塑性阶段
即力——位移关系不再是直线。如结构的大变形、大挠度的问题等。(3)还有一类非线性问题是边界条件非线性,或状态非线性,如各种接触问题等。混凝土在塑性变形阶段就是材料非线性了,还有一种情况就是混凝土构件变形过大时的非线性,如轴心受压构件的二阶效应,当然二者也可以同时存在。

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