【JY】JYCDP插件:ABAQUS混凝土CDP模型插件分享 | 混凝土损伤塑性模型


JYCDPpic.png

【文前说明】

本插件已更新,可支持Abaqus任何版,本包括Abaqus2020及以上,敬请使用。

本插件已根据常见用户常见问题,进行了改进 V2.0 版本,欢迎使用。

Abaqus推荐版本:6.12、6.13、6.14、2016

(推荐6.14、2016版本,仍保留固流分析耦合模块,后版本取消该模块),

文后附 6.14-4 软件下载链接及子程序相关下载,

【简介】

为简便钢筋混凝土构件或者结构的本构模型设置,本期给大家推荐一款Abaqus混凝土CDP模型插件,供大家应用参考。这个插件无需繁琐的Excel操作,仅需选择混凝土等级即可在Abaqus前处理界面一键生成混凝土CDP本构曲线,且可任意调整本构曲线长度,并可对极限强度进行修正,且适用于不同的力、位移单位,可用于各类混凝土构件及结构的精细化分析。

对于钢筋混凝土构件或者结构而言,正确合理的本构模型是对构件或结构进行非线性分析的关键。ABAQUS提供三种混凝土本构关系模型,分别为脆性开裂模型、弥散开裂模型及损伤塑性模型,其中,混凝土损伤塑性 (Concrete Damaged Plasticity,CDP)模型是通过将各向同性下损伤弹性与拉伸和压缩塑性相结合的方式来对混凝土的非弹性行为进行描述的,适用于Standard和Explicit两大求解模块,可用于模拟混凝土在任意荷载作用下的受力情况,同时考虑了由于拉、压塑性应变导致的弹性刚度的退化以及循环荷载作用下刚度的恢复,具有较好的收敛性。有关CDP模型的介绍及应用可见推文:

【JY】浅谈混凝土损伤模型及Abaqus中CDP的应用

【程序可解决的问题】

采用ABAQUS模拟梁柱节点时,ABAQUS中CDP模型损伤系数计算到0.9和损伤系数计算到0.99所得的滞回曲线相差甚大,笔者建立了现浇梁柱节点模型对此进行了验证。

CDP模型本构曲线末尾段的选取,对滞回曲线下降段的影响较大。相信大部分人是根据《混凝土结构设计规范》编制Excel表格来计算混凝土应力应变关系和损伤系数-塑性应变的关系,采用计算时往往会遇到一个问题,表格中所取的点太少,导致曲线不够精确,对于塑性应变较大时的曲线没有进行计算,混凝土过早地退出工作,与实际试验所得曲线不符。如果自己人为地进行计算的话,计算工作量较大,十分麻烦。

因此为了方便大家的应用,笔者开发了ABAQUS混凝土CDP模型插件,省去了繁琐的Excel计算,只需选择混凝土等级并选择性地修改参数,便可直接在Abaqus前处理界面直接生成混凝土本构,与大家一起分享。

【操作界面】

操作界面各参数意义:

本构生成

混凝土CDP模型插件正确性验证】

1. 有限元模型建立

为了验证所编子程序的合理性与正确性,选用清华大学陆新征教授钢筋混凝土框架结构拟静力倒塌试验中的边柱构件。

分别建立了三个有限元模型,有限元模型如图2。编号分别为Column-1、Column-2、Column-3。其中Colunm-1和Column-2区别在于:Column-1混凝土本构模型采用编写的JYCDP子程序,Column-2采用的是GB 50010-2010推荐的混凝土本构关系,其余参数均一致。Column-1和Column-3区别在于,Column-1采用子程序单位为N,mm,Column-3采用的子程序单位为kN,m,其余参数均一致。

滞回曲线的捏缩现象通常是由于钢筋混凝土界面粘结滑移和混凝土保护层剥落等引起的。往复荷载作用下,钢筋材料需要考虑包辛格效应,实际中包辛格效应的影响因素非常复杂。为了便于分析计算,Clough较早提出了带有再加载刚度退化的双折线滞回模型。

清华大学曲哲将Clough提出的双折线滞回模型进行了修正,提出了改进的 Clough钢筋滞回本构模型,该模型在反向再加载时,指向按卸载刚度加载至历史最大点对应的应力的 0.2 倍,即 0.2fmax,再指向历史最大点,能较好地考虑钢筋加载-卸载-反向加载过程产生的包辛格效应。

为了反映出滞回曲线的捏缩效果,采用了考虑承载力退化的Clough模型,直接在ABAQUS中通过用户子程序调用。

子程序钢筋属性:

提交作业界面:

2. 本构正确性验证

Column-1所得结果与试验结果对比:

123.png                

Column-1所得结果和Column-2所得结果对比:

321.png

3. 力、位移单位正确性验证:

为了符合大家的使用习惯,所编CDP插件的力、位移单位可选择为kN和m,将两种单位下计算结果相对比:


【插件下载】

适合新型混凝土构件研究、装配式结构研究、混凝土结构工程设计研究

附件包含:JYCDP插件(Abaqus内置及安装方法)、该文章推覆模型、Abaqus6.14-4、Visual studio 2012、Fortran.XE2012-SP1(子程序必备整套~)。

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