屈曲约束支撑在Perform-3D中的模拟

写在开篇

以前教研室是没人用Perform-3D软件的，自己自学的时候也碰到很多困难，走了很多弯路，网上虽有介绍也不全面，特别是对于某些冷门的单元和一些比较细化的参数解释较少。这里陆陆续续写一点自己模拟时候的小心得小技巧，难免有错，批评指正。 个人邮箱：shenrong1031@foxmai

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BRB单元介绍

屈曲约束支撑在结构弹塑性分析中的模拟常用的是一个理想弹塑性轴力杆单元，仅仅能够定义屈曲约束支撑的屈服强度，相比于实际忽略了BRB段部加强区影响和应变强化作用，不够精确。Perform-3D提供了专用的Buckling Restrained Brace 单元，通过刚域、弹性杆、BRB单元串联模拟完整BRB构件。

部件1：Core Segment（Buchkling Restrained Brace单元）

图1 Perform-3D中BRB组件示意图

02

材料属性定义

先选中Buclkling Restrained Brace单元中的Basic Preperties选项卡，左侧定义BRB的本构相关的一些选项。如 双折线or三折线、是否考虑拉亚不对称、是否有强度损失等；右侧通过定义BRB核心段刚度、屈服后刚度、初始屈服力、二阶屈服力、应变强化达到的最大屈服力、最大变形、核心段长度等，完成对BRB单元基本力学性能的定义。 特别注意：这里的BRB单元仅仅是定义核心段参数。界面如下：

图2 Basic Preperties选项卡

在上一选项卡中我们已经定义了BRB的第一圈的屈服力和应变强化后最大的屈服力，这里只需对强化过程相关的参数进行定义。Perform-3D中对BRB的应变强化效应提供了三种控制方式：最大变形控制、累积变形控制、最大变形-累计变形双重控制。选取可以根据实际模拟方便程度选取，本人更倾向于最大变形控制。只需输入最大强度时的最大变形和强度平均值时的最大变形即可定义。下面进入Harding Behavior选项卡，定义BRB应变强化相关的参数。

图3 Harding Behavior选项卡

到这里，核心段的定义已经基本完成。其他几个选项卡可根据需要定义，比较易懂。
部件2：Transition Segment（Elastic Bar单元） BRB的过渡段在工作中认为是弹性的，故可以用一个Linear Elastic Bar单元模拟，只需输入单元截面的弹性模量和面积，单元长度会在组装时候根据 总长-核心段-刚域长度 自动计算得到。
部件3与构件组装：End Zone
BRB末端刚域不需要特别建立单元模拟，只需在构件组装时候进行定义。

图4 组装

组装时分别选定核心段、过渡段组件，输入末端刚域面积和刚域总长度（刚域材料为弹性段材料、总长为两端部长度之和），这样一根完整的BRB构件就定义完成了。

03

实验对比

参考东南大学 吴京教授 课题组的国标Q235钢屈曲约束支撑低周疲劳试验研究相关数据，进行了数值模拟验证。可以发现Perform3d的模拟结果与试验结果吻合较好。

图5 实验与模拟数据对比

原创 2016-11-05 沈榕 

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