混凝土本构模型是什么意思

混凝土塑性本构模型是以经典塑性理论为基础的。这里主要讨论增量型塑性理论的混凝土本构关系。增量型塑性理论要对屈服条件、流动法则、硬化法则、加载准则作出告链一些假设和规定，这与d塑性理论教程中所论述的大致相同。

混凝土的本构模型将随着理论理论的完善和有限元方法的应用而逐渐完善，今后对混凝土本构关系的研究会在多层次、多角度进行。从实用扰培分析的角度看， 非线d性模型、d塑性模型已日趋成熟，并易于同通用的有限元程序匹配，因而还会更广泛的推广和应用，并有希望编入有关结构设计的规范中去，但在确定参数、改善精度方面还有相当的研究工作要做。为了适应混凝土的复杂加载和破坏的特点，将多种模式组合，如塑性断裂、粘d塑性、塑性损伤、内时塑性、内时损伤等这些交叉理论将会得到进一步研究。此外，有关动力分析的本构关系，基于随机因素的本构关系值得进一步的探讨。从实验研究来看，在三向应力状态下的应力应变测得的数据还不够多。实验方法也有待缓友唯改进，特别是在不改变受力与变形条件的现代非机械、非破损的测量方法还期待有所突破。从破坏机理来看， 断裂力学、损伤力学的应用研究有很好的前景。

混凝土的本构一般指的就是应力应变关系，可以用曲线表示。在力学里边更喜欢用公式，各向同性，正交各向异性等材料，探讨刚度阵里边宴伏的独立元素个喊掘数。像动力学当中，本构还涉及到应变率。

1、混凝土单轴受力应力：应变关系

1.1混凝土单向受压应力：应变关系

1、saenz等人的表达式saenz等人（1964年）所提出的应郑祥核力—应变关系为

ABAQUS中提供了3种混凝土本构模型：脆性开裂模型(Brittlecracking)，弥散开裂模型(Smeared crack)以及塑性损伤模型(Plasticitydamage)。三种本构模型具有不同的使用范围。接下来我们就来了解一下ABAQUS混凝土本构模型综述。

脆性开裂模型仅考虑混凝土的受拉非线性行为，适用于素混凝土或少筋混凝土结构构件中混凝土材料本构关系的模拟，主要用于水工大坝等结构的模拟。而对于正常配筋的混凝土结构，一般使用较多的为弥散开裂模型和塑性损伤模型，本文着重对这两个本构模型做一定的比较。

比较之前，首先说说ABAQUS中混凝土材料本构模型定义的一些要点。

混凝土弥散开裂模型和塑性损伤模型都需要定义混凝土材料的单轴受压应力-应变关系。根据混规，混凝土材料的单轴受压应力-应变关系由d性段、强化段和软化段3 部分组成，如下所示：

定义d性段时，一般选择三分之一极限强度确定混凝土初始切线d性模量，也即是：

当混凝土受压应变超过d性极限应变后，混凝土将进入强化段和软化段。混凝土材料单轴应力应变关系的强化段和软化段曲线为混凝土烂衫压应力与非d性应变的关系，非d性应变的计算公式为：，另外，需要保证混凝土应力卸载至零时塑性应变大于零，其计算公式为：上式中，d 也即为混凝土在往复荷载作用下的损伤因子。

混凝土受拉骨架线中峰值应变前的应力-应变关系假设为线d性，d性模量和受压初始切线模量E0 相同，峰值应力ft 取。当混凝土拉应变超过受拉d性极限应变后将进入受拉软化段，混凝土受拉软化段曲线由混凝土拉应力与开裂应变的关系确定。开裂应变的计算公式为：

混凝土在应变超过受拉峰值应变后将产生开裂现象，裂缝模型是混凝土材料受拉本构模型的关键。混凝土受拉软化阶段的应力-应变关系一般采用直线形式，软化模量与混凝土断裂能以及混凝土单元特征尺寸有关。

ABAQUS 中提供了3 种定义混凝土单轴受拉应力-应变关系的接口，包括应力-开裂应变关系，应力-裂缝宽度关系，直接输入受拉断裂能。位置如下图：

很多同学在定义单轴应力-应变关系时，习惯性采用应力—开裂应变模型，然而当有限元模型中混凝土单元的网格大小不一致时，应力-开裂应变关系也不同，这将增加建模的工作量，因此建议采用定义应力-裂缝宽度关系或直接输入断裂能的方法来定义羡如混凝土单轴受拉行为。

下面将具体说说弥散开裂模型和塑性损伤模型的一些区别。

所谓弥散开裂模型，也即是将实际的混凝土裂缝弥散到整个混凝土单元中，将混凝土材料处理为各向异性材料，利用混凝土的本构关系来模拟裂缝的影响。通过剪切模量折减系数可以有效的避免剪力锁死现象。

该模型屈服准则与经典d塑性理论中的Drucker-Prager准则一致，流动准则则为普通的关联流动法则，同时该准则无法考虑混凝土在往复荷载作用下的卸载刚度退化和再加载刚度恢复等往复受力特征。因此兄历启该准则适用于模拟以剪切行为为主的结构构件，如深梁、钢筋混凝土或钢管混凝土节点核心区等，不适用于往复荷载作用下的构件模拟。

常用软件ANSYS混凝土本构模型定义也是基于弥散开裂模型，这也是为什么在ANSYS中无法考虑结构材料损伤，单就其混凝土非线性模拟结果这块，其效果不如ABAQUS.

塑性损伤模型假定混凝土的破坏形式是拉裂和压碎，混凝土进入塑性后的损伤分为受拉和受压损伤，分别用2 个独立的损伤因子来模拟由损伤引起的d性刚度退化。引入损伤指标，通过对混凝土的受拉和受压d性刚度加以折减，来模拟混凝土的卸载刚度随损伤的增大而降低的特性。

这里重点介绍两个参数：损伤因子d以及刚度恢复系数。

所谓损伤因子，是指混凝土d性卸载时的d性模量相对于初始切线d性模量的折减。计算公式为：

E= (1- d)E0

式中：E 为混凝土d性卸载时的模量；E0 为混凝土初始切线d性模量；d =0 表示无损伤，即混凝土的卸载模量与初始切线d性模量完全相同，d =1 表示完全损伤，即混凝土的卸载模量为零。过程图如下：

从压到拉滞回准则：

从拉到压滞回准则：

上面图中，w表示刚度恢复系数，分为受拉刚度恢复系数Wt以及受压刚度恢复系数Wc。分别表示混凝土应力-应变曲线从受拉区过渡到受压区和从受压区过渡到受拉区时，d性模量的变化程度。

Wc=1表示混凝土从受拉区进入受压区时d性模量可完全恢复至上一次受压卸载时的d性模量,Wc=0表示混凝土d性模量不能恢复。Wt=1表示混凝土从受压区进入受拉区时d性模量可完全恢复至上一次受压卸载时的d性模量,Wt=0表示混凝土d性模量不能恢复。

ABAQUS默认Wc=1,Wt=0,实际分析时，按默认值取即可。

相信经过以上的介绍，大家对ABAQUS混凝土本构模型综述也是有了一定的认识。欢迎登陆中达咨询，查询更多相关信息。

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