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混凝土塑性损伤模型及其ABAQUS子程序开发

作　者: 曹鹏
导　师: 沈新普；杨璐
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 固体力学
关键词: ABAQUS UMAT 参数辨识塑性损伤
分类号: TU528
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 1380次
引　用: 9次
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内容摘要

弹塑性损伤模型在模拟混凝土类材料和结构的破坏与失稳方面具有计算方便,使用简单等许多优势,所以利用弹塑性损伤来研究大型混凝土工程如高坝、核电站、交通和军事工程中的混凝土已经称为固体力学的一个热点问题。本文围绕着文献[1]中所提出的塑性损伤模型进行以下三方面的工作。(1)从连续介质力学上出发探讨这一基于应力三轴比的弹塑性损伤模型的意义,并给出了这一模型的增量形式,为以后的有限元编程提供依据。(2)研究了一个用于混凝土的基于塑性的损伤模型本构参数辨识问题。把从实验获得的应力-应变曲线与数值计算中获得的应力-应变曲线的差别,作为局部水平上最小二乘法的目标函数。为了求解这个反问题,局部水平上求解损伤弹塑性正问题的子程序被嵌入到本文的反问题的迭代格式之中。灵敏度系数矩阵是通过有限差分方法近似计算得到的。给出的数值计算例子计算了单轴压缩试验结果的参数辨识问题。采用反分析得到的模型参数值,对单向拉伸及三种不同侧压作用下的压缩试验进行了数值模拟。数值结果表明:本文采用的应力反分析计算格式稳定,且具有合理的准确性,数值计算得到的应力-应变结果可以较准确地拟合实验曲线。(3)使用FORTRAN语言,在通用非线性有限元软件ABAQUS的平台上开发了一个UMAT子程序。这个子程序能够结合ABAQUS软件,将ABAQUS的应变数据利用本文所提的弹塑性损伤本构关系进行计算得到Cauchy应力值,塑性应变值以及损伤值.UMAT中包含的UVARM公用程序可以在后处理文件中将用户自定义的结果显示出来。并将在各种载荷作用情况下的计算结果与ABAQUS提供的塑性-损伤材料参数计算得到的结果进行对比,结果证明了模型在模拟混凝土材料弹塑性损伤行为方面是有效的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 课题的提出与意义  10
  1.2 混凝土的破坏  10-11
  1.3 损伤力学的研究方法  11-13
  1.4 ABAQUS的非线性功能介绍  13-18
    1.4.1 ABAQUS的功能  13-14
    1.4.2 ABAQUS模块和分析步骤  14-15
    1.4.3 ABAQUS中材料非线性问题的处理  15-18
第二章混凝土损伤机理及损伤的理论基础  18-32
  2.1 混凝土损伤机理  18-22
    2.1.1 混凝土损伤-断裂机理  18-19
    2.1.2 混凝土应力-应变全曲线的损伤分析  19-22
  2.2 损伤理论的基本概念  22-29
    2.2.1 国内外损伤理论研究现状  22-24
    2.2.2 损伤理论以及损伤的定义和分类  24-25
    2.2.3 损伤变量  25-26
    2.2.4 损伤因子和有效应力  26-27
    2.2.5 应变等价原理  27-28
    2.2.6 Sidoroff的能量等效原理  28-29
  2.3 混凝土的损伤模型  29-32
第三章塑性损伤模型及其连续介质力学理论  32-42
  3.1 损伤的力学表示及其检测  32-33
  3.2 热力学基本方程及其分析方法  33-42
    3.2.1 热力学定律  34-38
    3.2.2 热力学状态和状态变量  38-42
第四章混凝土损伤塑性本构模型的参数辨识研究  42-50
  4.1 引言  42-43
  4.2 弹塑性损伤本构模型的正演模型  43-44
    4.2.1 正演计算的损伤描述公式  43-44
  4.3 反演计算数值格式  44-45
  4.4 计算实例  45-49
    4.4.1 正则化最小二乘法反演材料特性参数  46-48
    4.4.2 侧压力作用下的轴向压缩  48-49
  4.5 结束语  49-50
第五章塑性损伤UMAT子程序开发及其稳定性研究  50-77
  5.1 引言  50
  5.2 本构理论的数学表达式  50-52
  5.3 UMAT二次开发实现  52-53
  5.4 程序的验证及应用  53-76
    5.4.1 单元测试  53
    5.4.2 数值验证  53-76
  5.5 小结  76-77
第六章结论  77-78
参考文献  78-81
致谢  81

混凝土塑性损伤模型及其ABAQUS子程序开发

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