建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法及系统，能够全面地描述UHPC在被动约束作用下的行为，对复杂FRP

【技术实现步骤摘要】
建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法及系统


[0001]本专利技术属于纤维增强混凝土模拟
，具体涉及建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法及系统。

技术介绍

[0002]UHPC填充玻璃钢筒柱构件以其优异的耐腐蚀性能和较高的承载能力而受到人们的青睐。然而，由于测量方法的局限性，如果没有合理的数值方法，就无法完全理解这些元素的潜在工作机制。
[0003]以往的有限元模型对素混凝土玻璃钢筒柱单元是有效的。例如，使用公认的混凝土损伤塑性(CDP)模型。或者采用一种修正的混凝土硬化规律，提前考虑约束对承载能力的影响，可以用较少的计算时间准确描述结构的承载能力。现有的解决方案极大地促进了UHPC填充玻璃钢管柱单元的模拟研究，但也受到诸多限制，无法模拟UHPC在被动约束下的行为，难以对复杂FRP(纤维增强复合材料)
‑
UHPC复合材料结构进行准确模型构建，从而无法有效基于模型模拟预测应力
‑
应变关系。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法及系统，能够全面地描述UHPC在被动约束作用下的行为，对复杂FRP
‑
UHPC复合材料结构进行有效模拟，并准确预测应力
‑
应变关系。
[0005]为了实现以上目的，本专利技术采用了以下方案：
[0006]<方法>
[0007]如图1所示，本专利技术提供建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]步骤1，确定屈服准则；
[0009]钢纤维和粗骨料的引入通过桥接裂缝和缺陷影响混凝土性能，从而影响UHPC的初始屈服和屈服面迁移。此外，约束通过闭合裂纹和增加损伤表面摩擦来影响屈服表面的迁移。考虑钢纤维和粗骨料的引入以及约束的影响，提出修正CDP模型的屈服函数：
[0010][0011]式中，如图2所示，α为屈服面形状参数、由双轴和单轴压缩条件下UHPC的实验结果确定，分别表示有效压粘聚力和有效拉粘聚力，为Mises等效应力，为静水压力，为最大有效主应力，为塑性应变，下标c表示受压；下标t表示受拉，σ
r
为约束应力(即围压)，K
c
是压力不变量p(该压力不变量通常控制偏离应力平面上屈服面的形状)在初始屈服面上的拉伸子午
线上的第二个应力不变量与压缩子午线上的第二个应力不变量的比值；V
f
为纤维含量，V
ca
为粗骨料含量；如图2所示，α和K
c
两个参数控制屈服面的形状；如图3所示，根据屈服面与试验结果对比，当α＝0.083(σ
b0
/σ
c0
＝1.1)时，屈服面形状与试验结果基本一致；
[0012]步骤2，确定硬化与软化准则；
[0013]考虑UHPC约束效应、骨料含量、纤维含量以及残余应力，提出UHPC修正CDP的应力
‑
应变模型：
[0014][0015]式中，式中，ε
c
和σ
c
分别表示轴向压应变与轴向压应力，ε
c,r
与f
c,+
分别表示有围压时的轴向压应变与轴向压应力，n和A分别控制上升段与下降段的斜率；采用两个参数λ1和λ2分别描述约束对上升段和下降段的影响：
[0016][0017]A＝λ2(b1V
ca
+b2V
f
+b3(f
c
‑
80)+b4)f
c
≥80，
[0018][0019]式中，表示围压；b1～b8均为常数，通过实验确定；
[0020]根据以上应力
‑
应变模型，得到硬化/软化函数σ
min
为当前应力条件下的最小主应力，q为当前应力条件下的最小偏转应力；硬化/软化函数的应力
‑
非弹性应变曲线如图6所示。
[0021]步骤3，确定塑性流动准则；
[0022]CDP模型采用的非相关塑性流为：
[0023][0024][0025]式中，函数G为流动势，即Drucker
‑
Prager双曲函数；e表示函数趋近渐近线的速率，通常用0.1表示；σ
t0
为材料在单轴拉伸下的破坏应力；为膨胀角，是在p
‑
q平面测得的线性Drucker
‑
Prager流势的角度，控制着塑性流量，如图7所示；
[0026]考虑塑性流动受到约束、塑性历史和比例参数的影响，采用改进的膨胀角参数
[0027][0028]式中，V
f
和V
ca
在参数D中以增量的形式进行考虑：
[0029]步骤4，确定损伤演化规律；
[0030]修正的CDP模型中的损伤演化由下式描述：
[0031][0032]式中，σ
peak
为UHPC的峰值应力，σ
*
为峰值后的轴向应力；通过应力
‑
应变关系能够确定损伤与轴向应变之间的关系；本专利技术提出的应力
‑
应变关系用于确定损伤与轴向应变之间的关系。典型的损伤演化曲线如图9所示。
[0033]步骤5，基于以上步骤1～4构建多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型。
[0034]优选地，本专利技术提供的建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，在步骤1中，等压侧压三轴压缩条件下，修正CDP模型的屈服面函数为：
[0035][0036]优选地，本专利技术提供的建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，在步骤1中，参数K
c
的表达式为：
[0037]K
c
＝a1V
f
+a2，
[0038]式中，a1和参数a2均为常数，通过实验确定。试验结果与建议屈服面对比如图4所示。
[0039]优选地，本专利技术提供的建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，还在步骤1中，建议取值为a1＝0.01，a2＝0.7。
[0040]优选地，本专利技术提供的建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，在步骤2中，多轴条件下压应力
‑
应变关系：
[0041][0042][0043][0044][0045]式中，式中，为有效应力分量，下标i＝1,2,3表示三个主应力方向；为等效塑性应变率，和分别为最大、最小等效塑性应变率。
[0046]优选地，本专利技术提供的建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，还可以具有这样的特征：在步骤2中，当不施加约束时，λ1＝λ2＝1，随着约束的增强，参数逐渐趋近于零；根据UHPC在多轴条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，确定屈服准则；考虑钢纤维和粗骨料的引入以及约束的影响，提出修正CDP模型的屈服函数：式中，α为屈服面形状参数、由双轴和单轴压缩条件下UHPC的实验结果确定，式中，α为屈服面形状参数、由双轴和单轴压缩条件下UHPC的实验结果确定，式中，α为屈服面形状参数、由双轴和单轴压缩条件下UHPC的实验结果确定，与分别表示有效压粘聚力和有效拉粘聚力，为Mises等效应力，为静水压力，为最大有效主应力，为塑性应变，下标c表示受压；下标t表示受拉，σ
r
为约束应力，K
c
是压力不变量p在初始屈服面上的拉伸子午线上的第二个应力不变量与压缩子午线上的第二个应力不变量的比值；V
f
为纤维含量，V
ca
为粗骨料含量；步骤2，确定硬化与软化准则；考虑UHPC约束效应、骨料含量、纤维含量以及残余应力，提出UHPC修正CDP的应力
‑
应变模型：式中，ε
c
和σ
c
分别表示轴向压应变与轴向压应力，ε
c,r
与f
c,r
分别表示有围压时的轴向压应变与轴向压应力，n和A分别控制上升段与下降段的斜率；采用两个参数λ1和λ2分别描述约束对上升段和下降段的影响：A＝λ2(b1V
ca
+b2V
f
+b3(f
c
‑
80)+b4) f
c
≥80，式中，ε0＝0.75(fc
c
)
0.31
，σ
+
表示围压；b1～b8均为常数，通过实验确定；根据以上应力
‑
应变模型，得到硬化/软化函数应变模型，得到硬化/软化函数为当前应力条件下的最小主应力，q为当前应力条件下的最小偏转应力；步骤3，确定塑性流动准则；考虑塑性流动受到约束、塑性历史和比例参数的影响，采用改进的膨胀角参数修正CDP模型的塑性流动过程；
式中，V
f
和V
ca
在参数D中以增量的形式进行考虑：步骤4，确定损伤演化规律；修正的CDP模型中的损伤演化由下式描述：式中，σ
peak
为UHPC的峰值应力，σ
*
为峰值后的轴向应力；通过应力
‑
应变关系能够确定损伤与轴向应变之间的关系；步骤5，基于以上步骤1～4构建多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型。2.根据权利要求1所述的建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，其特征在于：其中，在步骤1中，参数K
c
的表达式为：K
c
＝a1V
f
+a2，式中，a1和参数a2均为常数，通过实验确定。3.根据权利要求2所述的建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，其特征在于：其中，在步骤1中，参数a1＝0.01，a2＝0.7。4.根据权利要求1所述的建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，其特征在于：其中，在步骤2中，多轴条件下压应力
‑
应变关系：应变关系：应变关系：应变关系：式中，式中，为有效应力分量，下标i＝1,2,3表示三个主应力方向；为等效塑性应变率，和分别为最大、最小等效塑性应变率。5.根据权利要求1所述的建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，其特征在于：其中，在步骤2中，b1～b6建议取值为：b1＝0.015，b2＝
‑
0.85，b3＝0.013，b4＝3.99，b5＝0.055，b6＝0.017，b7＝11，b8＝18.18。6.根据权利要求1所述的建立多轴约束下UHPC修正连续损伤塑性本构模型的方法，其特征在于：其中，在步骤3中，约束...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐礼华，杨寅杰，曾彦钦，池寅，黄乐，余春雷，卢秋如，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：