abaqus模拟研究不同强度的再生砖混凝土和铝管厚度轴压性能的差异
2025年2月27日 18:001.1项目概况
该课题研究不同强度的再生砖混凝土和铝管厚度轴压性能的差异。
1.2项目要求
以上述参数进行有限元分析，并提取其荷载-纵向应变关系与试验数据进行比。
1.3单位制
在CAE项目计算以及报告中使用的基本单位系统如表格 01所示。
表格 11单位系统
序号 |
单位类型 |
单位名称 |
符号 |
1 |
长度 |
毫米 |
mm |
2 |
时间 |
秒 |
s |
3 |
质量 |
吨 |
T |
4 |
温度 |
摄氏度 |
℃ |
1.4软件介绍
本项目在实施过程中主要采用的CAE软件包括： Abaqus.
(1) 有限元求解软件采用ABAQUS2020
ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，作为通用的模拟工具，ABAQUS除了能解决大量结构（应力/位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透 / 应力耦合分析）及压电介质分析。
1.5CAE前处理
1.5.1网格
再生砖混凝土铝管轴压试验的几何模型如图21所示，再生砖混凝土铝管轴压试验的网格模型如2-2所示，单元类型主要为壳单元与实体单元相结合，网格基本尺寸为10mm，壳单元为S4R，实体单元为C3D8R。壳单元总数为3300个，实体单元总数为20520个，节点总数23646个。加载板与再生砖混凝土铝管采用接触对进行接触设置，铝管与混凝土采取“共节点”的方式进行设置。
图 21 CAE几何图
图 22 CAE网格图
5.2. 材料
本项目仿真计算以及报告中采用的材料参数如表格 11所示，铝管采用铝的材料属性，加载板使用C40混凝土材料，再生砖混凝土采用ConcreteCore材料，该材料实在混凝土CDP本构的基础上乘以一个弱化系数来确定的。
表格 21 材料参数汇总表
材料名称 |
方向 |
弹性模量（MPa） |
泊松比 |
密度（t/m³） |
Aluminum |
XYZ |
69080 |
0.3 |
2.7E-9 |
ConcreteCore |
XYZ |
37612.5 |
0.2 |
2.8E-9 |
Concrete_c40 |
XYZ |
34875.9 |
0.2 |
2.8E-9 |
表格 22 材料参数汇总表
铝的塑性 |
||
屈服应力 |
塑性应变 |
|
264.7 |
0 |
|
301.3 |
0.08 |
|
表格 23再生砖混凝土参数汇总表
ConcreteCore受压行为 |
|||
屈服应力 |
非弹性应变 |
屈服应力 |
开裂应变 |
12.0297 |
0 |
2.13192 |
0 |
14.9025 |
0.00071272 |
1.98022 |
0.00022166 |
15.538 |
0.00084288 |
1.75707 |
0.00047072 |
16.5202 |
0.00108937 |
1.55398 |
0.00071208 |
18.1917 |
0.00169445 |
1.38516 |
0.0009403 |
21.024 |
0.00434554 |
1.24744 |
0.0011566 |
21.4721 |
0.00671979 |
1.13473 |
0.00136331 |
21.3132 |
0.00827477 |
1.04154 |
0.00156253 |
20.8959 |
0.00992864 |
0.963525 |
0.00175594 |
20.3058 |
0.0116485 |
0.897413 |
0.00194478 |
19.6103 |
0.0134086 |
0.840739 |
0.00213 |
18.859 |
0.0151899 |
0.647058 |
0.00302172 |
18.0873 |
0.0169787 |
0.533802 |
0.00388261 |
17.319 |
0.018766 |
0.458891 |
0.00472879 |
16.5698 |
0.0205458 |
0.405273 |
0.00556681 |
15.8492 |
0.0223144 |
0.364757 |
0.0063998 |
15.1627 |
0.0240697 |
0.33291 |
0.00722947 |
14.5128 |
0.0258107 |
0.307119 |
0.00805682 |
13.9003 |
0.0275372 |
0.28574 |
0.00888247 |
13.3245 |
0.0292494 |
||
12.7841 |
0.0309478 |
||
12.2776 |
0.032633 |
||
11.8028 |
0.0343057 |
||
11.3578 |
0.0359669 |
||
10.9406 |
0.0376171 |
||
10.549 |
0.0392573 |
||
10.1813 |
0.0408881 |
||
9.51056 |
0.0441244 |
||
8.91546 |
0.0473307 |
||
8.38517 |
0.0505113 |
||
7.91051 |
0.0536696 |
||
7.48377 |
0.0568087 |
||
7.09848 |
0.059931 |
||
6.74921 |
0.0630387 |
||
6.43137 |
0.0661333 |
||
表格 24 C40混凝土参数汇总表
ConcreteCore受压行为 |
|||
屈服应力 |
非弹性应变 |
屈服应力 |
开裂应变 |
19.7733 |
0 |
2.78445 |
0 |
24.3361 |
7.282E-05 |
2.46264 |
2.52E-05 |
25.3556 |
8.643E-05 |
2.0415 |
5.324E-05 |
26.9386 |
0.00011245 |
1.70364 |
7.889E-05 |
29.6533 |
0.00017741 |
1.45051 |
0.00010212 |
34.2661 |
0.00047343 |
1.26022 |
0.00012354 |
34.8998 |
0.00071308 |
1.1142 |
0.0001437 |
34.3916 |
0.00089887 |
0.999505 |
0.00016295 |
33.0976 |
0.00110716 |
0.907418 |
0.00018156 |
31.3489 |
0.00132846 |
0.832024 |
0.00019969 |
29.3988 |
0.0015555 |
0.769233 |
0.00021746 |
27.416 |
0.00178345 |
0.566575 |
0.00030311 |
25.5008 |
0.00200943 |
0.455944 |
0.00038612 |
23.7059 |
0.00223194 |
0.385703 |
0.00046797 |
22.0537 |
0.00245032 |
0.336789 |
0.00054922 |
20.5486 |
0.00266446 |
0.300554 |
0.00063009 |
19.1856 |
0.00287449 |
0.2725 |
0.00071074 |
17.9544 |
0.00308072 |
0.250051 |
0.00079122 |
16.8431 |
0.00328348 |
||
15.8395 |
0.00348312 |
||
14.9317 |
0.00367998 |
||
14.1091 |
0.00387437 |
||
13.3618 |
0.00406658 |
||
12.6813 |
0.00425684 |
||
12.06 |
0.00444537 |
||
11.4913 |
0.00463237 |
||
10.9693 |
0.00481799 |
||
10.046 |
0.0051857 |
||
9.25663 |
0.00554945 |
||
8.57567 |
0.00590998 |
||
7.98327 |
0.00626785 |
||
7.46393 |
0.00662351 |
||
7.00544 |
0.0069773 |
||
6.59807 |
0.00732952 |
||
6.234 |
0.00768038 |
||
5.3. 连接关系
1) 接触对
Contact接触接触分析中的接触对由主面(master surface)和从面(slave surface)构成。在模拟过程中，接触方向总是主面的法线方向，从面上的节点不会穿越到主面，但主面上的节点可以穿越从面。
2) 相互作用
接触面的摩擦类型为罚摩擦摩擦系数为0.6，法向行为“硬接触”，允许接触后分离。
5.4. 边界条件
5.4.1. 工况1：结构加载
将模型的底板进行全约束，在上部加载板设置向下10mm的位移。
图 23 约束加载区域图
6. CAE结果及讨论
6.1. 工况1结构加载评价
6.1.1. 结构加载结果
对结构加载进行分析，选取结构应力与位移云图如图 31，图 32所示，应力最大的部分位于顶部为347.8Mpa，位移最大位于顶部为24mm。
图 31 再生砖混凝土应力
图 32 再生砖混凝土位移
图 32 再生砖混凝土位移力曲线
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