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一种用于ECC双轴受压分析的本构模型构建方法技术

技术编号:23853006 阅读:115 留言:0更新日期:2020-04-18 09:37
本发明专利技术公开的一种用于ECC双轴受压分析的本构模型构建方法,包括建立用于描述ECC双轴力学行为的二维增量型正交各向异性本构关系;建立ECC非线性压缩应力应变曲线;引入用于预测双轴受压时抗压强度变化的ECC双轴强度包络线,计算不同双轴受压应力状态下的ECC抗压强度;进行等效单轴抗压应变计算,进而推导本构模型的数值计算方法,并编写用户自定义材料子程序,将用户自定义材料子程序嵌入有限元软件中用于ECC双轴受压分析;本发明专利技术同时考虑了ECC在双轴受压时的非线性应力应变关系和不同双轴应力比下ECC抗压强度的变化,能更准确地描述ECC双轴受压状态下的力学行为。

A constitutive model construction method for ECC biaxial compression analysis

【技术实现步骤摘要】
一种用于ECC双轴受压分析的本构模型构建方法
本专利技术涉及水泥基复合材料受压分析的研究领域,特别涉及一种用于ECC双轴受压分析的本构模型构建方法。
技术介绍
高延性纤维增强水泥基复合材料(EngineeredCementitiousComposites,简称ECC)是高性能纤维增强水泥基复合材料的一种,具有纤维掺量低且在受拉和受压时具有高延性的特点,同时因其良好的准应变硬化特性和多缝开裂特性,被广泛应用于桥面板、桥面连接板、建筑防震抗震构件、混凝土保护层等实际工程中。自ECC面世以来,国内外学者对其进行了大量的试验研究。研究表明,ECC具有良好的拉伸,压缩和弯曲韧性,同时具有良好的裂缝控制能力。除了对ECC进行试验研究外,还有许多学者提出了能够用于预测ECC结构构件力学行为的本构模型。文献《Simulationofhighlyductilefiber-reinforcedcement-basedcompositecomponentsundercyclicloading》提出了一种基于总应变的正交各向异性二维旋转裂缝模型模拟ECC在循环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于ECC双轴受压分析的本构模型构建方法,其特征在于,包括以下步骤:/n建立用于描述ECC双轴力学行为的二维增量型正交各向异性本构关系;/n建立ECC非线性压缩应力应变曲线;/n引入用于预测双轴受压时抗压强度变化的ECC双轴强度包络线,计算不同双轴受压应力状态下的ECC抗压强度;/n进行等效单轴抗压应变计算;/n构建用于ECC双轴受压分析的本构模型,进而推导本构模型的数值计算方法,并编写成用户自定义材料子程序。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于ECC双轴受压分析的本构模型构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
建立用于描述ECC双轴力学行为的二维增量型正交各向异性本构关系;
建立ECC非线性压缩应力应变曲线;
引入用于预测双轴受压时抗压强度变化的ECC双轴强度包络线,计算不同双轴受压应力状态下的ECC抗压强度;
进行等效单轴抗压应变计算;
构建用于ECC双轴受压分析的本构模型,进而推导本构模型的数值计算方法,并编写成用户自定义材料子程序。


2.根据权利要求1所述的一种用于ECC双轴受压分析的本构模型构建方法,其特征在于,所述建立用于描述ECC力学行为的正交各向异性本构关系,具体为:设定高延性纤维增强水泥基复合材料在每一增量步内为正交各向异性线性弹性材料,其增量型正交各向异性本构关系为:
dσ=Ddε,(1)
其中,dσ为应力增量,dσ=(dσ1,dσ2,dτ12)T,dσ1为1方向应力增量,dσ2为2方向应力增量,dτ12为剪应力增量,dε为应变增量,dε=(dε1,dε2,dγ12)T,dε1为1方向应变增量,dε2为2方向应变增量,dγ12为剪应变增量,D为正交各向异性切线刚度矩阵;
则增量型正交各向异性本构关系的分量形式为:



其中,E1为1方向上的切线模量,E2为2方向上的切线模量,v1为1方向上应力对2方向上应变产生的影响;ν2为2方向上应力对1方向上应变产生的影响;G12为剪切模量;
所述剪切模量计算如下:



其中,ν为等效泊松比,
根据等效泊松比ν,则有增量型正交各向异性本构关系的分量形式转化为:



引入等效单轴应变:
令等效单轴应变增量为:



其中,dεu1为1方向等效单轴应变增量,dεu2为2方向等效单轴应变增量;
则增量型正交各向异性本构关系的分量形式再次转化为:



在每一增量步内对高延性纤维增强水泥基复合材料进行线性化假定,则等效单轴总应变εui计算如下:



其中,k为增量步总数。


3.根据权利要求2所述的一种用于ECC双轴受压分析的本构模型构建方法,其特征在于,所述获取非线性受压应力应变曲线,具体为:
设定受压为负,则高延性纤维增强水泥基复合材料受压应力应变曲线为:



其中,σ为应力,ε为应变,σcp为抗压强度,εcp为抗压应变,a为系数,a=E0ε′cp/f′cp,E0为初始弹性模量,f′cp为单轴抗压强度,ε′cp为单轴抗压应变;
将高延性纤维增强水泥基复合材料受压应力应变曲线扩展到引入等效单轴应变后的各方向上的应力-等效单轴应变关系,即应力-等效单轴应变曲线表达式为:



其中,σi为i方向应力,εui为等效单轴总应变,σcpi为i方向的抗压强度,εcpi为i方向的等效单轴抗压应变,a为系数,a=E0ε′cp/f′cp,E0为初始弹性模量,f′cp为单轴抗压强度,ε′cp为单轴抗压应变。


4.根据权利要求3所述的一种用于ECC双轴受压分析的本构模型构建方法,其特征在于,所述切线模量在确定非线性受压应力应变曲线后,由σi对εui求导得到,计算如下:



其中,Ei为i方向切线模量,dεu1为i方向等效单轴应变增量。


5.根据权利要求4所述的一种用于ECC双轴受压分析的本构模型构建方法,其特征在于,所述引入ECC双轴强度包络线,计算不同双轴压应力状态下的ECC抗压强度,具体为:引入ECC双轴强度包络线:
当2方向的压应力绝对值大于1方向的压应力绝对值,双轴强度包络线的AB段确定1,2方向抗压强度的方法;
当2方向的压应力绝对值小于1方向的压应力绝对值,1,2方向的抗压强度利用双轴强度包络线的对称性通过BC段确定,
其中,AB段表达式为:



其中,f′cp为...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈静芬陈善富杨凤祥刘志明
申请(专利权)人:暨南大学
类型:发明
国别省市:广东;44

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