混凝土损伤塑性模型之小梁算例

blueshell

混凝土损伤塑性模型的收敛性一直是一个很头疼的问题，论坛中有不少高手提供了不少的思路和方法。本人也尝试了包括ABA中提供的Riks等方法进行了测试分析，最后采用位移加载法，成功实现模拟，现整理供讨论。
基本资料：假想一根矩形钢筋混凝土截面梁，梁长10m，截面尺寸为0.5×0.8m，采用5跟钢筋，每根钢筋面积为0.0008m^2（此处为假想值，截面配筋率为1%，钢筋采用truss单元，embedded到20节点的混凝土单元中），混凝土材料采用Abaqus Verification Manual 2.2.24 Concrete damaged plasticity例子中给出的混凝土的参数。采用两点加载，加载点距梁端3.5m。支座中心距梁端0.15m。模型采用位移加载法，控制位移值为0.05m，但算到一半多的时候，发现部分损伤值已超过0.9，就人为终止了计算。钢筋未考虑塑性强化。（压缩文件为完整inp文件）

gc_dragon

那我请教一下，你这个上面的可以显示混凝土的裂缝吗？
请回答

blueshell

敦版主可是这一块儿的高人了。拜读过你不少的帖子，受益颇多。在此，也再提一下，后来才发现首帖中的inp文件中粘性参数取为0.0005，好像是比较大了，估计跟计算能顺利收敛也有关系。不过，现在没有时间去做对比分析了。
你提到的在收敛性问题严重的步之前考虑采用restart的方法很好，应能节省大量分析时间。关于弧长法，我用上边的模型也算过，确实也获得了负加载的情况。Umat就更复杂了，还得花时间去学习学习！

回应xiaoqg2003，这个模型虽然是根小梁，但涉及开裂，网格划分较密，且增量步一般也比较小，所以，计算起来是很费时的，我的那个计算结果文件都超过2G！得配个powerful的计算机！呵呵

rocksoul

老兄，弄的不错哦。
其实有限元软件材料非线性计算不容易收敛真是一个令人头疼的问题。不收敛原因涉及本构、网格质量、模型几何形状等。你这个位移加载法还不错。学习了。

blueshell

拜读了《混凝土损伤塑性模型应用研究》（《结构工程师》 2008.04）一文，文中提到增强收敛性方法：
“求解混凝土问题，一般都会碰到计算收敛困难。特别是当混凝土开裂后，应变能突然释放，使计算变得极不稳定。在ABAQUS中可用RIKS（弧长）法来处理这种不稳定的非线性问题，但作者通过反复试算发现，此计算结果并不稳定，初始弧长的设置对其计算结果影响极大，故而舍弃。为了抓住混凝土材料的主要本质，作者认为在材料参数上力求准确，而在计算收敛困难及计算效率很低的情况下，可采用一定的措施来帮助收敛。归纳如下：
（1）采用位移加载，初始步长取0.005；并采用自动时间步长。
（2）通过引入粘性系数对本构方程进行修正，考虑到过大的粘性系数会使结构变“硬”。经反复试算，粘性系数取0.0005可以获得较理想的计算结果。
（3）打开ABAQUS的连续性开关，（*controls,analysis=discoutinuous)关键词来帮助收敛。
（4）在混凝土有限元分析中，能够得到问题的解有时远比单纯追求计算精度更为重要，所以必要时还可以通过调整收敛设置（*controls）关键词的力和位移收敛准则来使计算顺利进行。”

在此，想探讨几个问题：
1. 很多人都提到采用位移加载的效果更好，那么如何确定加载的位移总量和初始步长？
2. 粘性系数如何选取更为合理？
3. Riks method  or Modified Riks method  是一种计算非线性很有效的方法，为什么在混凝土开裂计算反而比较困难？
4. 有不少人在用UMAT子程序做损伤塑性分析，其计算效果跟ABA自带的concrete damage plasticity相比怎样？其收敛性又是如何处理的？

rocksoul

粘性系数我以前好像算过，没有记错好像千分之一或二也会获得不错效果的。
比较关系UAMT损伤本构和aba自带损伤本构收敛性这个问题，有做过不妨透漏下，郭版主可以谈谈..

是dun——敦，不是guo——郭————敦诚

流星晴空

拜读，值得收藏

yjwluoyang

受益颇深啊！！

fefdoney

顶一个，拜谢了！

敦诚

精品啊，学习了！！
谈谈个人对于abaqus中混凝土材料的理解吧！
其实准静态时，混凝土在下降段的的网格依赖效应是众所周之的产生的原因是运动方程的退化。
现阶段两种方式可以较好解决的这一问题，一种就是楼主所提供的加入粘性参数为了减缓在峰值以后的迅速跌落，混凝土材料在拉伸的过程中出现准脆性断裂，所以这种方式尤其是在研究混凝土受拉破坏的时候长长采用。
另外一种就是比较热门的梯度依赖理论！这个我也就不多说了！
至于粘性系数选取，我比较赞同blueshell兄和rocksoul兄的意见，千分之几得到的效果还是比较合理的。
对于blueshell兄的几个问题，我是这样理解的
1.位移总量是根据一些试验来判断的，一般是先找做过的试验，然后确定模拟的位移加载量；初始增量一般都要设的很小1e10，当然如果选择restart就没有这个问题了，你可以首先预测一下塑性开始的位置，然后restat的时候将增量设的非常小就行了！
2.比较赞同rocksoul兄的观点，千分之几比较合理。
3.Riks method  or Modified Riks method不能直接就是用，因为在使用弧长法的时候，会出现负加载的情况，而混凝土材料的拉压区别十分明显，在计算拉伸的时候，riks发现施加拉伸载荷过不去，而压缩能过得去，就认为那里是分叉点，然后开始施加压缩载荷，这样就发生了ls所说的情况了，一般riks是加在一个standard后面来计算的!
4.我做过的umat与damage plastic在拉伸载荷与压缩的时候比较像，但是在shear和rotation的时候差别还是很明显的。umat收敛性就是注意应力积分方式，这个说起来就复杂了，我有半年的时间是在对于应力积分进行试验！！呵呵
个人观点，欢迎大家提出意见和建议！！

xiaoqg2003

文件好大， 我的机器要算一天一夜才能算完没能用对称性缩减一下规模就好了

敦诚

re：10
blueshell兄过奖了，我那是什么高手啊，就是本科一直到硕士做混凝土方面较多！其实根据个人经验来看，一般选择standard来做混凝土损伤的话加了rebar或者钢筋，计算会顺利一些，收敛性能也好了很多！但是要是单纯做素混凝土的损伤还是应该选择explicit，但是在加载的时候速度要足够小！确保整个过程是准静态的！！

bb20040128

精品啊，学习了！！
谈谈个人对于abaqus中混凝土材料的理解吧！
其实准静态时，混凝土在下降段的的网格依赖效应是众所周之的产生的原因是运动方程的退化。
现阶段两种方式可以较好解决的这一问题，一种就是楼主所 ...
敦诚 发表于 2009-3-2 11:34

敦诚 版主
个人认为版主所说第三点的分叉点不应该是指计算这种情况的时候的分叉点 导致弧长法计算会出现的问题的分叉点 我以我个人的理解 举个例子说下 轴心受压的理想杆件 承受一定轴力后 会出现分叉点 稳定一条路径 强度一条路径 具有不连续响应趋势  这个是弧长法计算无法解决的 对于混凝土的计算 我不太懂 但是我认为结构响应应该是连续的 应该可以用弧长法直接计算 这是我个人看法  版主长期做混凝土的 请指教

yangsheng99

太深奥了！向楼主学习！

敦诚

敦诚 版主
个人认为版主所说第三点的分叉点不应该是指计算这种情况的时候的分叉点 导致弧长法计算会出现的问题的分叉点 我以我个人的理解 举个例子说下 轴心受压的理想杆件 承受一定轴力后 会出现分叉点 稳定一条 ...
bb20040128 发表于 2009-3-9 20:47

re：bb20040128兄
其实我所指的分叉并不是分叉理论时的分叉，我也就是借用了一下这个术语，不好意识啊！！
其实riks对于结构失稳的分叉求解是可以的，但是对于材料失稳，尤其是混凝土材料时候就不好用，其实简单的材料失稳谈不上什么分叉理论，但是在abaqus计算中这个比较简单的下降段就会遇到麻烦，根本原因不在于求解的技巧，而是在于计算理论本身就存在问题，为了弥补这一问题，一下方法被采用了，首先riks对于这样的问题本身并不是专属的，但是它的无量纲形式以及平衡点的求解方式使得它对于失稳结构方面能够计算出下降段，而混凝土结构也会有下降段，所以在此相当于做了个借用！
但是用于这种借用本来就没有什么特别的针对性（即针对材料失稳实质是运动，平衡方程的退化），所以出了毛病是很正常的，
当时的第三点也是我在解决这些问题时采用的一种方法，实话实说的话效果还是一般！！
请bb20040128兄多多指导啊！！

bb20040128

re：bb20040128兄
其实我所指的分叉并不是分叉理论时的分叉，我也就是借用了一下这个术语，不好意识啊！！
其实riks对于结构失稳的分叉求解是可以的，但是对于材料失稳，尤其是混凝土材料时候就不好用，其实简 ...
敦诚 发表于 2009-3-14 15:48

呵呵 是俺学习啦 谢谢

yuh119

很好的讨论， 学到了不少！多谢了！

dlx850113

楼主  你的文章已经拜读了 非常不错  但是参数设置方面我还是有点困惑 比如剪胀角ABA给出的是15
还有压缩时貌似给出了 recovery factor，其值为1.0

nanjizhinan

收藏了

wangxingood2

混凝土计算收敛是一个很麻烦但又很巧妙的，楼主的计算方法不错，利用位移加载是可以完成和实现的。

chenli1360

呵呵，顶一下，ABAQUS混凝土位移加载的方法我在《ABAQUS损伤塑性模型的静力性能分析》一文中就已提出了，想不到得到这么多成果，感谢楼主：-）