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基于ABAQUS显式算法钢筋本构模型的开发及应用

发布时间:2018-09-07 13:55
【摘要】:随着我国经济的快速发展,城市建设的脚步不断加快,许多大型的桥梁结构在城市建成。而我国是世界上地震频发的国家之一,由于地震作用,桥梁的墩台极易发生局部损伤和破坏,甚至导致桥梁结构整体倒塌。桥梁结构在地震作用下墩台局部通常会进入弹塑性状态,传统的弹性分析方法已经无法有效描述结构实际的受力行为,如何有效地对结构进行弹塑性模拟计算已成为桥梁抗震领域学术研究的热点。目前常用的大型通用有限元软件有ANSYS、MSC.MARC、ABAQUS等,已经有不少学者将它们用于结构动力弹塑性分析了。有限元软件ABAQUS具有强大的求解非线性问题的能力,并具有良好的开放性,为用户提供了若干子程序接口,允许用户自己定制并拓展ABAQUS的功能,实现二次开发。本文主要针对钢筋单轴本构关系进行了研究,基于用户自定义材料子程序接口(VUMAT)对钢筋材料本构模型进行二次开发,将钢筋混凝土构件在往复荷载下的力学行为更合理地描述出来。具体内容如下:(1)通过对ABAQUS、Intel Visual Fortran以及Microsoft Visual Studio三大软件的集成,解决了ABAQUS子程序与主程序的连接问题,实现了对ABAQUS用户材料子程序的二次开发。(2)在比较了现有的众多钢筋本构模型的基础上,选择出最适用于本文研究的循环荷载下多折线钢筋本构模型。对该模型进行二次开发,建立钢筋材料模型VUMAT程序设计,详细说明了子程序代码中相关变量的含义、参数的设定及使用方法。(3)分别通过一根钢筋单元和钢筋混凝土柱对本文开发的VUMAT用户材料子程序进行数理验证,最终将VUMAT子程序应用于地震响应分析中。本文所开发的用户材料子程序同时考虑了钢筋在往复荷载作用下的刚度退化和强度退化现象,可用于简单的梁柱构件在地震作用下的非线性分析。
[Abstract]:With the rapid economic development of our country, the pace of urban construction is accelerating, and many large bridge structures are built in cities. However, China is one of the countries with frequent earthquakes in the world. Due to earthquake, the pier and abutment of bridges are prone to local damage and damage, even leading to the collapse of the bridge structure as a whole. The local part of bridge pier and abutment usually enters the elastic-plastic state under earthquake action. The traditional elastic analysis method can not effectively describe the actual stress behavior of the structure. How to simulate and calculate the structure effectively has become a hot topic in the field of bridge seismic research. At present, the commonly used large-scale universal finite element software, such as ANSYS,MSC.MARC,ABAQUS and so on, has been used by many scholars in dynamic elastoplastic analysis of structures. The finite element software ABAQUS has a strong ability to solve nonlinear problems and has a good openness. It provides several subroutine interfaces for users and allows users to customize and expand the functions of ABAQUS to realize secondary development. In this paper, the uniaxial constitutive relation of steel bar is studied. Based on the user-defined material subroutine interface (VUMAT), the constitutive model of steel bar is redeveloped. The mechanical behavior of reinforced concrete members under reciprocating load is described more reasonably. The main contents are as follows: (1) through the integration of ABAQUS,Intel Visual Fortran and Microsoft Visual Studio, the connection between ABAQUS subroutine and main program is solved. The secondary development of ABAQUS user material subroutine is realized. (2) on the basis of comparing the existing constitutive models of steel bar, the constitutive model of multi-fold steel bar under cyclic load is selected, which is most suitable for the research in this paper. The second development of the model is carried out, and the VUMAT programming of the reinforcement material model is established, and the meaning of the relevant variables in the subroutine code is explained in detail. (3) A reinforcement element and a reinforced concrete column are used to verify the VUMAT user material subroutine developed in this paper. Finally, the VUMAT subroutine is applied to the seismic response analysis. The user material subroutine developed in this paper takes into account the stiffness degradation and strength degradation of reinforcing bars under reciprocating load simultaneously, which can be used for the nonlinear analysis of simple Liang Zhu members under earthquake.
【学位授予单位】:南京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU375

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本文编号:2228453

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