ABAQUS塑性损伤模型参数计算及调参技巧
目前网上已经有很多小程序和Excel表格提供了ABAQUS塑性损伤模型的计算参数，例如我们课题组显哥写的小程序（http://forum.simwe.com/thread-1120497-1-1.html）及B站张田同学的表格（https://www.bilibili.com/video/BV1s94y1f7tW），但是目前还有以下三个待解决的问题：1）提供的模型参数大多只适合受弯控制的构件，对受剪控制的模型参数缺乏研究；2）模型只考虑单轴本构关系，不考虑多轴本构关系；3）没有提供模型参数的具体计算过程及公式。众所周知，混凝土的本构关系是非线性有限元分析的基础，各国学者对混凝土的力学性能开展了大量的理论和试验研究，但目前并没有任何一个本构模型能完全反映混凝土的力学性能。混凝土的力学性能受众多因素的影响，混凝土强度、配筋率、尺寸效应等因素都会影响混凝土的单轴应力-应变曲线，基于试验或理论推导的本构模型只能侧重反映混凝土某一方面的力学性能。针对现有本构模型的不足，一些学者在混凝土单轴受压、受拉的上升段和下降段中采取不同的本构关系，以便能更好地在有限元模型中模拟RC梁的剪切行为，如湖南大学的黄正博士对于混凝土的受压和受拉段就采用了不同的本构关系，大家感兴趣的可以去阅读他的论文。为了模拟RC梁的剪切行为，本人结合自己的课题，对于混凝土单轴受压上升段采用GB10提出的公式，混凝土单轴受压下降段参考Cervenka等人基于断裂能理论提出的线性软化模型，混凝土受拉段采用Mirza建议的简化本构关系，即假定在达到混凝土受拉强度前，拉应力随拉应变线性增加，混凝土弹性模量与受压上升段的一致。当混凝土开裂后，拉应力随着拉应变的增大线性降至零。在ABAQUS中，如果用实体单元模拟构件，混凝土只能采用单轴本构。如果用宏观单元模拟，考虑箍筋约束作用时，可采用约束本构关系。为了方便大家在ABAQUS中输入塑性损伤模型的相关参数，本文提供了混凝土的单轴本构和约束本构的计算表格，表格里面包括了具体的计算过程及相应的计算公式。应该注意的是，表格中提供了图解法和能量法的损伤因子计算，可根据自己的要求选择相应公式计算损伤因子。在复制“ABAQUS输入”一栏的参数到软件时，应注意输入的行数一般在8~15行，行数太小结果可能会有异常，太多可能会导致不收敛，一般间隔一定行距取点即可。同时要注意损伤因子一般取值不大于0.9，否则也可能会导致计算不收敛。混凝土塑性损伤模型的调参最重要的其实是混凝土本构，当本构关系确定后，其他参数也就基本确定了。对于Cervenka提出的本构，当混凝土受压下降段越缓慢时，有限元算出的构件承载力会越高，刚度越大，下降段会更接近于平直段，而Mirza提出的受拉下降段的改变则对承载力影响不明显。除了混凝土的本构参数，塑性损伤模型还有一些参数可以调整，以下是一些个人的调参经验总结，这里说的曲线特指荷载-跨中挠度曲线。1）调整混凝土材料密度，基本不影响曲线。增大弹性模量和泊松比，承载力会增大一点点，但变化小，曲线会稍光滑；偏心率、fbo/fc0、和K都基本不影响曲线；2）剪胀角约为30°~38°，增大剪胀角承载力会稍有增大，曲线会更平滑，震荡减小，但可能会导致下降段的下降速率变缓。剪胀角一般不超过56°。3）粘性系数，用于ABAQUS/Standard中混凝土本构方程的粘塑性正则化，默认值为0，增大该值构件的承载力及刚度会越来越大，曲线变光滑，但不建议大于0.01，否则与试验结果有较大误差。为了数值模拟能和我们的试验结果吻合，我们除了对混凝土塑性损伤模型参数进行调整，我们还可能从单元选择、网格划分等建模参数进行调整，故以下也提供一些本人的总结：对于混凝土单元，建议选择C3D8R。“R”代表缩减积分，非缩减积分单元的构件刚度会大一点。“8”代表积分点，原则上积分点越多精度越高，但算的时间也会越长。选择C3D20R可能会导致受拉和受压损伤系数大于1，原因是损伤是按积分点计算再外插到节点上的，对于积分点肯定是小于等于1的，但外插出去到节点就可能大于1了，本人目前也还没有找到解决该问题的办法。单元网格划分越少，构件会越刚，计算效率当然更快了。对于钢筋材料本构，弹性模量和面积增大时，承载力会增大，但增大的大小与模型相关，不一定很有效。当然了，调整钢筋和混凝土的强度一般对曲线会有显著的改变。当几何尺寸和边界条件都确定的情况下，对受剪破坏而言，在配箍不大的情况下，受剪破坏主要以混凝土压碎而终止，因此混凝土本构的参数对结果的影响是显著的，而钢筋由于是很稳定的材料，故在钢筋材料试验确定屈服强度和极限强度等情况下，不宜做过多调整。不同钢筋本构的选择对曲线的影响也不大。在ABAQUS的建模中还有很多细微值得注意的地方，比如在加载位移不大的情况下，隐式分析的非线性开关的开与关对结果影响不明显；tie的从属面设置、coupling type设置等对结果基本没影响等等。受剪破坏是一个复杂的过程，提供的本构和建模参数也不一定能得到比较理想的模拟结果，我们还可以转换一下思路，比如改变原本构关系，这也可能会得到我们想要的结果。比如对于受拉下降段，Mirza建议是极限拉应变是开裂拉应变的10倍，也有作者建议在保证计算精度的情况下，将混凝土极限拉应变设为一个较大值0.15，以保证在达到钢筋极限应变前，混凝土仍然有强度，提高收敛性。本文提供了《ABAQUS塑性损伤模型本构计算》及《ABAQUS个人笔记》。《计算》里的单轴本构参数更适合模拟受剪破坏，多轴本构的更适合模拟受弯破坏，但是也有可能都适合，大家可以多尝试。《笔记》里面有一些关于ABAQUS计算理论和设置的笔记总结，大家可参考看看。关注公众号“两碗白米饭”，在公众号里可收到相应的下载链接，更具体的建模方法及参数设置也可在公众号后留言交流。谢谢行行行想寻寻 感谢分享啊 楼主这个《计算》里的单轴本构参数更适合模拟受剪破坏能具体说一下么:lol 楼主说的很详细啊，很强 这个总结的可以说是非常详细了，看来楼主做了太多的分析和总结，把出处和依据都能写的如此详细，佩服。
向您学习。 学习一下学习一下 谢谢楼主的分享 谢谢楼主分享:lol 谢谢分享
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