混凝土应变率型弹塑性损伤本构模型

发布时间：2020-01-24 01:50

【摘要】：针对混凝土在不同应变率加载作用下的变形和强度特征,在现有试验数据研究基础上,首先提出了基于热力学定律的一般弹塑性损伤模型,再将应变率敏感性参数引入其中,推导出了应变率型弹塑性损伤本构模型.模型计算结果与试验结果比较表明,所建立的本构模型可以很好地描述混凝土在不同加载速率时的力学特征.应用该模型可预测大范围应变加载情况下混凝土破坏强度.结果表明:应变率对混凝土力学性能影响较大.
【图文】：

对比图,应变率,单轴压缩试验,模拟曲线

１４０．１６７．０×１０－３６０００图１不同应变率加载下混凝土的单轴压缩试验数据［１３］与模拟曲线对比Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｂｅｔｗｅｅｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ［１３］ａｎｄｎｕｍｅｒ－ｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｇｅｎｅｒａｌｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃｄａｍａｇｅｍｏｄｅｌａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒａｉｎｒａｔｅｓ应用本文提出的弹塑性损伤本构模型，对应变率为１０－２～１０－５／ｓ下混凝土单轴受压情况进行模拟．图１为试验实测数据［１３］与模拟应力－应变曲线的对比图．由图１可以看出，混凝土强度随应变率的增加而增大，达到破坏荷载时的临界应变几乎不变．由图１还可看出模拟结果与试验结果比较吻合，能较好地反映混凝土试件在受压过程中的弹塑性损伤特征：在荷载较小时，试件处于弹性变形阶段；随着荷载不断增加，材料的应力－应变关系不再呈现线性，说明不可恢复变形随着荷载的增加而增加．可以看出，在不同加载速率下，本文所采用弹塑性损伤本构模型均可较好地描述材料应力－应变关系．２应变率型弹塑性损伤本构模型一般认为，材料的力学特征参数是材料属性，与试验加载过程关联不大．由表１可以看出，随着应变率的变化，混凝土力学性能参数有一定变化，其中Ｅ和ξｄ变化显著，这与材料内在属性不符．同时，通过已有的有限试验数据获得的模型参数（表１），利用一般弹塑性损伤本构模型无法对其他应变率加载下的应力－应变关系进行广泛而有效的描述．宋玉普等［７］的研究发现，，随着应变率不断降低，材料的力学性能变得愈加稳定

变化曲线,应变率,弹性模量,拟静态

已有的有限试验数据获得的模型参数（表１），利用一般弹塑性损伤本构模型无法对其他应变率加载下的应力－应变关系进行广泛而有效的描述．宋玉普等［７］的研究发现，随着应变率不断降低，材料的力学性能变得愈加稳定．因此认为在拟静态应变率ε·０加载时，Ｅ和ξｄ值可认为是材料的内在属性，用Ｅ０和ξ０ｄ来表示拟静态应变率加载时的弹性模量和损伤阈值．任意动态应变率ε·时的模型参数Ｅ和ξｄ都可用Ｅ０和ξ０ｄ进行描述．图２是不同应变率时混凝土弹性模量变化曲线．由图２可以看出，混凝土弹性模量与应变率呈线性关系．对图２进行曲线拟合，得到：Ｅ＝Ｅ０［１＋ａｌｇ（ε·／ε·０）］（１１）式中：ａ为应变率敏感性参数，反映了混凝土弹性模量对应变率变化的敏感性．图２弹性模量与应变率的关系Ｆｉｇ．２Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｓｔａｉｎｒａｔｅ图３为整理得到的损伤阈值ξｄ随应变率变化的关系．对图３进行曲线拟合，得到：ξｄ＝ξ０ｄ［１＋ｂ１ｌｇ（ε·／ε·０）＋ｂ２ｌｇ（ε·／ε·０）２］（１２）式中：ｂ１，ｂ２是曲线拟合参数，反映了混凝土损伤阈值对应变率的敏感性．其他参数不变，拟静态应变率ε·０＝１×１０－５／ｓ时，Ｅ０＝１１ＧＰａ，ξ０ｄ＝４１００Ｐａ．将此时的Ｅ０，ξ０ｄ值代入式（１１），（１２），可以得出不同应变率下的Ｅ和

【参考文献】