一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法：步骤A：定义损伤变量D；步骤B：依据材料的应力‑应变曲线获得材料单调加载力学性能；步骤C：依据材料不同应变幅的滞回曲线计算损伤参量β,ξ1和ξ2；步骤D：依据材料的滞回曲线获取待定参数m0、m1、m2、m3，建立考虑损伤累积效应的材料循环本构模型；步骤E：通过ABAQUS有限元软件，将上述材料的相关参数代入材料用户子程序VUMAT中，以精确模拟材料在循环荷载作用下的破坏。本发明专利技术能够有效地解决现阶段累积损伤模型应用的困难，明确损伤参数，提高计算精度，实现了考虑损伤累积效应的材料本构模型在有限元软件中的应用，可精确模拟材料在循环荷载作用下的破坏。

A NUMERICAL METHOD FOR MATERIAL CONSTITUTIVE MODEL CONSIDERING DAMAGE ACCUMULATION EFFECT

The invention discloses a numerical analysis method of material constitutive model considering damage accumulation effect: step A: defining damage variable D; step B: obtaining mechanical properties of material under monotonic loading according to stress-strain curve of material; step C: calculating damage parameters beta, zeta-1 and zeta-2 according to hysteretic curve of different strain amplitudes of material; step D: calculating damage parameters beta, zeta-1 and zeta-2 according to hysteretic curve of material with different strain amplitude According to the hysteresis curve of material, the parameters m0, m1, m2 and M3 are obtained, and the material cyclic constitutive model considering the cumulative damage effect is established. Step E: By using ABAQUS finite element software, the relevant parameters of the above materials are substituted into the material user subroutine VUMAT to accurately simulate the damage of material under cyclic loading. The invention can effectively solve the difficulties in the application of cumulative damage model at the present stage, clarify the damage parameters, improve the calculation accuracy, realize the application of material constitutive model considering cumulative damage effect in finite element software, and accurately simulate the damage of materials under cyclic loading.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法
本专利技术涉及土木工程，特别涉及一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法。
技术介绍
我国高层建筑及大跨空间结构大多都建设在地震区，面临严重的地震灾害威胁。而钢结构在工业及民用建筑中尤其在高层建筑结构及大跨空间结构中的应用日益广泛，因此如何准确地模拟出钢结构在地震作用下的破坏具有重要意义。目前对于钢结构遭受地震循环荷载作用下结构破坏分析通常不考虑材料损伤累积效应的影响，这在一定程度上降低了对分析结果的精度，而现有的损伤模型通常基于宏观尺度，物理意义不明确，且与材料损伤累积效应实际情况不符；此外，现有的通用有限元程序未提供考虑损伤累积效应的材料本构模型，或者提供的损伤本构模型具体参数未给定，使损伤累积效应的数值模拟分析难以实现。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法，本方法能够有效地解决现阶段累积损伤模型应用的困难，明确损伤参数，提高计算精度，实现了考虑损伤累积效应的材料本构模型在有限元软件中的应用，可精确模拟材料在循环荷载作用下的破坏。本专利技术所采用的技术方案是：一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：定义损伤变量D；步骤B：依据材料的应力‑应变曲线获得材料单调加载力学性能；步骤C：依据材料不同应变幅的滞回曲线计算损伤参量β,ξ1和ξ2；步骤D：依据材料的滞回曲线获取待定参数m0、m1、m2、m3，建立考虑损伤累积效应的材料循环本构模型；步骤E：通过ABAQUS有限元软件，将步骤A获得的损伤变量D、步骤B得到的材料单调加载力学性能中的材料弹性模量E、步骤C获得的损伤参量β,ξ1和ξ2、步骤C计算损伤参量β中获得的等效塑性应变εeqp代入材料用户子程序VUMAT中，以精确模拟材料在循环荷载作用下的破坏。

【技术特征摘要】
1.一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：定义损伤变量D；步骤B：依据材料的应力-应变曲线获得材料单调加载力学性能；步骤C：依据材料不同应变幅的滞回曲线计算损伤参量β,ξ1和ξ2；步骤D：依据材料的滞回曲线获取待定参数m0、m1、m2、m3，建立考虑损伤累积效应的材料循环本构模型；步骤E：通过ABAQUS有限元软件，将步骤A获得的损伤变量D、步骤B得到的材料单调加载力学性能中的材料弹性模量E、步骤C获得的损伤参量β,ξ1和ξ2、步骤C计算损伤参量β中获得的等效塑性应变εeqp代入材料用户子程序VUMAT中，以精确模拟材料在循环荷载作用下的破坏。2.根据权利要求1所述的一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法，其特征在于，步骤A中，材料损伤变量D指标以循环过程中的最大等效塑性应变及等效塑性应变增量为内变量，待定参数为与材料相关的损伤参量β；损伤变量D指标如式(1)所示：式中，εpeq,m为循环过程中最大等效塑性应变，dεeqp循环过程中的等效塑性应变增量，εup为极限塑性应变，β为与材料相关的损伤参量。3.根据权利要求1所述的一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法，其特征在于，步骤B具体过程为：步骤B1：获得材料单调拉伸的应力-应变曲线；步骤B2：依据材料应力-应变曲线得到材料单调加载力学性能，所述的材料单调加载力学性能包括弹性模量E，屈服强度fy，极限强度fu，极限强度对应的极限塑性应变εpu；步骤B3：按照式(2)计算本构模型参数k：Et＝kE(2)式中，Et为切线模量，E为弹性阶段弹性模量。4.根据权利要求1所述的一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法，其特征在于，步骤C具体过程为：步骤C1：获取材料在不同循环应变控制加载幅值下的滞回曲线；步骤C2：令损伤变量D＝1，并计算等效塑性应变εeqp，最大等效塑性应变εpeq,m和等效塑性应变增量dεeqp，求出损伤本构模型中的损伤参量β；步骤C3：将损伤参量β代入式(1)，求得第n次半循环结束时的损伤值Dn，根据试验数据计算此时刻材料的弹性模量EDn+1及屈服强度σsDn+1，将损伤值Dn、弹性模量EDn+1及屈服强度σsDn+1代入式(3)和式(4)求出损伤参量ξ1及ξ2；ED＝(1-ξ1D)E(3)σsD＝(1-ξ2D)σs(4)。5.根据权利要求1所述的一种考虑损伤累积效应的材料本构模型数值分析方法，其特征在于，步骤D具体过程为：步骤D1：弹性卸载阶段材料应力-应变关系为直线段，定义为直线段AB，按照式(3)计算直线段AB的刚度EDn+1；步骤D2：反向弹性加载阶段材料应力-应变关系为由四段直线段依次连接组成的折线段，第一段直线段的起点为直线段AB的终点B，依次定义四段直线段为直线段BC、直线段CD、直线段DE及直线段EF，点C、点D、点E分别为折线段的转折点，点B和点F为折线段的起点和终点；直线段BC、直线段CD、直线段DE及直线段E...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩庆华，冯飞达，芦燕，刘铭劼，黄倩文，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12