钢筋混凝土梁冲击模拟

勇敢的海豚

这两天在尝试用ABAQUS/Explicit进行钢筋混凝土梁冲击的模拟，但是计算时添加了材料率相关的设置后，计算总是报错：
The ratio of deformation speed to wave speed exceeds 1.0000 in at least one element. This usually indicates an error with the model definition. Additional diagnostic information may be found in the message file.

或者：
The elements contained in element set ErrElemExcessDistortion-Step1 have distorted excessively.

我把网上能搜到解决这个错误信息的方法都试了，还是不行。
1、检查网格质量,这是解决这个问题的一种根本办法；我的模型中梁是矩形梁，比较规则，网格也比较规则。
2、检查材料参数设置是否有数量级的错误,差数设置有数量级的错误会直接导致出现这个问题；模型中材料都是用N--mm为单位建模的。
3、检查加载速度,如果条件允许的话就降低速度,该方法也很有效,但在很多情况下无法降低速度；试了速度变小了确实能算，但加载速度不能变化，试验中的速度是确定的。
4、调整STEP中的TIME SCALING FACTOR；调整STEP中的MASS SCALING FACTOR；这两种方法有可能会导致计算结果的不正确；设置了time scale，但是没有效果。
5、加*SECTION CONTROLS。在单元类型中对沙漏进行了控制，但是无效。


现在这个问题把我困了有一周了， 不知如何调试这个模型了，不知大家有没遇到过类似的问题呢？或者如何设置混凝土率相关呀？

模型采用explicit计算，混凝土采用C3D8R单元，用了自带的塑性损失模型。钢筋采用双折线模型，Truss单元。冲击锤用刚体R3D4单元。冲击锤和混凝土冲击面用了surface to surface 接触，法向硬接触，切向0.2的摩擦系数。尝试细分了网格，但还是不能计算。如果把率相关材料的设置去掉模型可以计算，但是结果也不对，在冲击动态作用下是需要考虑材料应变率增大特性的。



附上我的模型inp文件，大家帮我分析一下吧！谢谢啦！

勇敢的海豚

目前根据做的冲击模拟，分享了两个文章，欢迎大家来讨论交流！

探讨 | 钢筋混凝土梁竖向冲击模拟

探讨 | 钢板竖向冲击模拟

Baren_

关注这个帖子很久了，发现一直没有人回复，我刚好在算混凝土柱的快速移除，也要用到率相关。我反复算了几个案例，跟楼主所述一致：1、正常速率下单元会发生畸变，计算停止；2、速率减小可以计算，但不符合实际；3、小荷载下可以计算；4、不考虑损伤同样不能计算。

有文献说ABAQUS是通过在已知应变率下线性插值得到具体应变率下的值，我刚开始以为是不是由于我设置的应变率范围太小，ABAQUS线性插值得到的值不对所以有错误。把初始应变率设置为0，最大应变率设置成10000，然鹅没有实质性的改变。

同一个问题楼主在另一帖子http://forum.simwe.com/thread-1286794-1-1.html“我现在的理解是通过一些混凝土率相关的计算公式，计算出不同应变率所对应的增大的应力，然后填写表格。” 楼主在微信公众号中提到的文献5（[5] 曾翔. (2014). 冲击和快速加载作用下钢筋混凝土梁柱构件性能试验与数值模拟研究. 湖南大学博士学位论文.）中说明的欧洲规范（CEB-FIP Model Code 1990）公式：
受压C:\Users\acer\Desktop\受压.png                受拉
楼主的意思的是非弹性应变保持不变，应力乘上增大因子即变成相应应变率下的应力应变曲线，但文献5中附录给出了inp文件，其中的混凝土应变率材料属性并不是这样。如果是这样的话，每一组应变率下的非弹性应变应该都是相同的。我想是不是应变也按上述公式乘上一个增大因子，如果是这样的话，因为与应力无关，那每一组应变率下的非弹性应变与静态下的非弹性应变比值应该相同，然鹅并不是...   


考虑到公式中增大的是峰值应变，所以我想会不会是这样的：1、根据静态的抗压强度、峰值应变、弹性模量计算得到不同应变率下的的抗压强度、峰值应变、弹性模量；2、再根据上述参数计算得到应力应变曲线。我以为我要结束这段艰难的旅程，然并卵，还是畸变停止计算...

看了网上一些论文，用ABAQUS混凝土损伤塑性模型做率相关研究的比较少，也有用开发的Vumat考虑率相关的，有说ABAQUS不行的，也有说好用的，模拟不出来只能怪自己又懒又蠢，楼主还运营着自己的公众号，看来是大牛无疑，希望能紧紧的抱住大腿 .  附上我的inp

上述均为我的乱口胡言。

glove831

前辈，你解决了问题吗？请问哪本书上能看到模拟冲击的例子呢？

glove831

Baren_ 发表于 2018-1-2 11:51
关注这个帖子很久了，发现一直没有人回复，我刚好在算混凝土柱的快速移除，也要用到率相关。我反复算了几 ...

你的例子能计算吗？最近再找冲击的例子学习，谢谢分享！

孤狼1

楼主的微信公众号是什么?

abaqus达人

勇敢的海豚 发表于 2017-12-5 22:15
目前根据做的冲击模拟，分享了两个文章，欢迎大家来讨论交流！

探讨 | 钢筋混凝土梁竖向冲击模拟

我的冲击碰撞时程曲线数据不是那种连续的平滑曲线，除了峰值以外，其他数据都是零，附图一张，附表一份

勇敢的海豚

Baren_ 发表于 2018-1-2 11:51
关注这个帖子很久了，发现一直没有人回复，我刚好在算混凝土柱的快速移除，也要用到率相关。我反复算了几 ...

感谢回复！

目前我尝试了各种方法，均没有较好地实现CDP模型考虑应变率计算时能够正常计算的RC冲击模型。

目前我能查找到用ABAQUS计算RC冲击的，是一个RC板的冲击，考虑了应变率，计算结果还可以，但是考虑的应变率比较低，混凝土受拉是通过开裂位移来描述的。你可以看一下：
Othman, H., & Marzouk, H. (2017). Finite-Element Analysis of Reinforced Concrete Plates Subjected to Repeated Impact Loads. Journal of Structural Engineering, 143(9), 04017120.

文中的方法我也尝试过，但是并没有改善计算中出现网格畸变的问题。你可以读一下这个文献，尝试一下这个方法。

其中我尝试了应变率设置你可以尝试把应变率为0的数据去掉，网格划分粗一些，可以计算完，但是伪应变能很高。当网格划分细致后，最终还是会网格畸变。

另外，ABAQUS文档中对材料定义中有说明，对于应变率默认的是采用对数计算来插值的，并不是线性插值方法。插值方法可以通过Gegularzation来设置修改，strain rate regularization: logarithmic 或者 Linear。

ABAQUS这么成熟的软件了，CDP模型用的人那么多，就没有人发现CDP模型有问题吗？一定还是自己用的不对，那就继续想办法吧！这是我问了不少人，得到的回复。我尝试很多方法，结合看到的文献最终还是怀疑CDP模型，因为帮助文档中说CDP模型使用条件时有这样的描述：
is designed for applications in which concrete is subjected to monotonic, cyclic, and/or dynamic loading under low confining pressures;来自《Abaqus Analysis User's Guide 23.6.3 Concrete damaged plasticity》；
Modeling the behavior of concrete under large hydrostatic pressures is out of the scope of the plastic-damage model considered here. The constitutive theory in this section aims to capture the effects of irreversible damage associated with the failure mechanisms that occur in concrete and other quasi-brittle materials under fairly low confining pressures (less than four or five times the ultimate compressive stress in uniaxial compression loading); 来自《Abaqus Theory Guide 4.5.2 Damaged plasticity model for concrete and other quasi-brittle materials》

而我在一篇混凝土动态本构模型综述中看到：“冲击荷载直接施加位置，混凝土还可能承受非常大的静水压力作用．”
李忠献, & 刘泽锋. (2015). 混凝土动态本构模型综述. 天津大学学报: 自然科学与工程技术版, 48(10), 853-863.

结合这几个文献以及我计算中发现网格畸变的地方都是在落锤冲击下对应的混凝土部分，我初步推断：在冲击荷载下，冲击位置处混凝土局部承受了比较高的静水压，而CDP却不适用于这样的情况。

以上只是我个人的一点看法，欢迎继续讨论，当然VUMAT开发混凝土模型肯定也能解决RC冲击的问题。

很惭愧，我真的不是啥大牛，在ABAQUS这个庞然大物前，我还是个小孩，还有很多东西要学习。公众号MyABAQUS只是为了跟大家交流并分享一些经验，感兴趣也欢迎你来分享你的一些心得和经验。

勇敢的海豚

孤狼1 发表于 2018-1-2 17:08
楼主的微信公众号是什么?

公众号名称就是ABAQUS，ID是MyABAQUS，欢迎关注交流

勇敢的海豚

abaqus达人 发表于 2018-1-4 10:49
我的冲击碰撞时程曲线数据不是那种连续的平滑曲线，除了峰值以外，其他数据都是零，附图一张，附表一份
...

不知你是否修改了场变量输出的频率，显式分析默认的输出时只输出20帧，会把很多点跳过，然后导致一些关键的峰值没有输出，其它比较低的值可能会被忽略。

我刚开始计算时也出现这样的情况，然后修改了场变量输出频率就好了，你可以试试看。

Baren_

勇敢的海豚 发表于 2018-1-8 19:15
感谢回复！

目前我尝试了各种方法，均没有较好地实现CDP模型考虑应变率计算时能够正常计算的RC冲击模型。 ...

你好，感谢你的回复！

    从上次回复到目前为止，我有了几个发现：
    1、你提到的 ABAQUS文档中对材料定义中有说明，对于应变率默认的是采用对数计算来插值的，并不是线性插值方法。插值方法可以通过Gegularzation来设置修改，strain rate regularization: logarithmic 或者 Linear。 我也看到了，并且尝试了一些算例。用线性方法来规则化确实可以计算，特别是当所给定的应变率间隔较大的时候，但是当给定的应变率间隔较密集时，比如我的算例：实际计算的应变率范围在 3e-6~10 /s，给出的应变率插值数据为 3e-6，3e-5，3e-4，3e-3，3e-2，3e-1，3e1 /s，由于应变率是指数增大的，用这组数据线性规则化肯定会超过Explicit中规定的200个点，所以必须去掉一部分，特别是小的部分，势必这样会极大地影响精度。即使这样改了能够计算，当应变率较大时（根据我的算例，大概指 1e-2~1e-1 /s），稳定时间会有大幅度的减小，最后算得很慢。


    2、增加应变率数据只会影响到受拉本构的部分，我发现如果只考虑受压本构率相关作用，并采用对数规则化，是没有问题的，根据我的算例计算结果有一定的变化，也即受压率相关是可以算的，你可以试一下。


    3、你说的Othman, H., & Marzouk, H. (2017). Finite-Element Analysis of Reinforced Concrete Plates Subjected to Repeated Impact Loads. Journal of Structural Engineering, 143(9), 04017120. 这篇文章我刚好前几天也看过，特别是混凝土率相关部分，我个人认为作者也许只给出了率相关数据的上下限，并且用的是线性规则化，这样可以保证计算的运行，但是精度较差。


PS. 感觉世界很小，我在国外的ABAQUS论坛上见到过你的ID（好像是你名字的全拼），不过你的问题好像没有人回答。{:soso__4607844064215092132_3:}

glove831

默默的关注@勇敢的海豚@Baren_两位前辈的讨论，我试了下例子，实在算不了，我感觉CDP是不是不能用于算混凝土受冲击的例子。然后在abaqus帮助文件里有一个混凝土大坝受地震作用的例子，用的是CDP模型，也是dynamic explicit算的，这个也算是动载但是不像冲击荷载作用的时间太短。很怀疑CDP做冲击考虑率效应能否实现的可能，是不是要用VUMAT好点。。。。。

glove831

这是帮助文件的例子，提交计算有点麻烦，要先算第一个inp，第二个inp需要读取第一个的结果同时调用子程序。

glove831

有篇硕士论文用的abaqusCDP模型做的混凝土冲击模拟，但是没有考虑率效应《冲击荷载作用下混凝土路面的损伤分析_樊后超》
还有一篇论文就不考虑混凝土的损伤，用塑性模型做的冲击模拟，感觉不合理《冲击和快速加载作用下钢筋混凝土梁柱构件性能试验与数值模拟研究_曾翔》

abaqus达人

勇敢的海豚 发表于 2017-12-5 22:15
目前根据做的冲击模拟，分享了两个文章，欢迎大家来讨论交流！

探讨 | 钢筋混凝土梁竖向冲击模拟

楼主，问一个本构关系的设置输入问题。相关参数在图片里

abaqus达人

abaqus达人 发表于 2018-1-11 14:58
楼主，问一个本构关系的设置输入问题。相关参数在图片里

在abaqus里怎么输入这个本构关系，假设为理想弹塑性，各向同性

xiaodongniao

感谢楼主 学习一哈

孤狼1

边界条件为什么划分那么多

bjut666

abaqus达人 发表于 2018-1-11 15:14
在abaqus里怎么输入这个本构关系，假设为理想弹塑性，各向同性

请问在考虑钢材的率效应的方面  应该怎么处理啊？

saman

For *tie pair (assembly_s_surf-11-assembly_m_surf-11), adjusted nodes with very small adjustments were not printed，最近做钢筋混凝土梁的静载模型，老这个报错，有大神知道为啥吗？？