钢管混凝土ABAQUS建模过程

钢管混凝土ABAQUS建模过程

Part模块

一、钢管

1.壳单元

概念：壳单元用来模拟那些厚度方向尺寸远小于另外两维尺寸，且垂直于厚度方向的应力可以忽略的的结构。以字母S开头。轴对称壳单元以字母SAX开头，反对称变形的单元以字母SAXA开头。除轴对称壳外，壳单元中的每一个数字表示单元中的节点数，而轴对称壳单元中的第一个数字则表示插值的阶数。如果名字中最后一个字符是5，那么这种单元只要有可能就会只用到三个转动自由度中的两个。

2.壳单元库

一般三维壳单元有三种不同的单元列示：

①一般壳单元：有限的膜应变和任意大的转动，允许壳的厚度随单元的变形而改变，其他壳单元仅假设单元节点只能发生有限的转动。

②薄壳单元：考虑了任意大的转动，但是仅考虑了小应变。

③厚壳单元：考虑了任意大的转动，但是仅考虑了小应变。

壳单元库中有线性和二次插值的三角形、四边形壳单元，以及线性和二次的轴对称壳单元。所有的四边形壳单元（除了S4）和三角形壳单元S3/S3R采用减缩积分。而S4和其他三角形壳单元采用完全积分。

3.自由度

以5结尾的三维壳单元，每一节点只有5个自由度：3个平动自由度和面内的2个转动自由度（没有绕壳面法线的转动自由度）。然而，如果需要的话，节点处的所有6个自由度都是可以激活的。

其他三维壳单元在每一节点处有6个自由度（三个平动自由度和3个转动自由度）。

轴对称壳单元的每一节点有3个自由度：

1 r-方向的平动

2 z-方向的平动

3 r-z平面内的平动

4.单元性质

所有壳单元都有壳的截面属性，它规定了壳单元的材料性质和厚度。

壳的横截面刚度可在分析中计算，也可在分析开始时计算。

①在分析中计算：用数值方法来计算壳厚度方向上所选点的力学性质。用户可在壳厚度方向上指定任意奇数个截面点。

②在分析开始时计算：根据截面工程参量构造壳体横截面性质，不必积分单元横截面上任何参量。计算量小。当壳体响应是线弹性时，建议采用这个方法。

5.壳单元的应用

如果一个薄壁构件的厚度远小于其整体结构尺寸，并且可以忽略厚度方向的应力，建议用壳单元来模拟。当厚度和跨度之比小于1/15，可以忽略横向剪切变形，则可以认为是薄壳问题；当厚度和跨度之比大于1/15，很小的剪切变形也不能忽略时，则认为是厚壳问题。

要求：大应变。仅在几何非线性分析中考虑壳单元厚度的改变，壳单元厚度方向上的应力为0，应变只考虑来自泊松比的影响。

二、混凝土

三、端板

解析刚体：计算成本上解析刚体要小于离散刚体，但是解析刚体不能是任意的几何形状，而必须具有光滑的外轮廓线。一般而言，如果可以使用解析刚体的话，使用解析刚体进行模拟是更为合适的

离散刚体：离散刚体在几何上可以是任意的三维、二维或轴对称模型，同一般变形体是相同的，唯一不同的是，在划分网格时离散刚体不能使用实体单元，必须在 Part模块下将实体表面转换为壳面，然后使用刚体单元划分网格。

使用刚体部件是不需要赋予部件材料属性的，但是在不完全约束刚体自由度的情况下必须指定刚体集中质量和转动惯量。

欧拉：？

属性模块

当定义材料属性的时候，在考虑大应变的时候，应力指的是柯西应力（即在现时构型上所定义的应力），应变指的是自然应变，即

当材料数据是唯一一个变量的函数时，材料数据必须根据这个独立变量的增长而给出。ABAQUS会根据已经给出的数据进行线性插值。在给定的独立变量范围之外，ABAQUS假定材料数据为常数。（除了织物材料，其为线性外推）因此，在输入数据的时候，我们需要格外注意。

当材料属性是多个变量的函数时，如图所示：

材料有很多方面的性质，但是在一个分析中，我们不需要定义所有的性质，我们只需要定义与当前分析有关的材料性质即可。不过如果定义了一些跟当前分析无关的材料性质，那也是没有关系的，ABAQUS会自动忽略。混凝土损伤塑性模型是不能有任何以分布定义的材料行为。如果使用了分布质量，那么将不能使用温度或者其他场变量相关的密度。密度行为用于指定所有单元的质量密度，除了刚性单元。对于有限应变计算，如果纯粹的弹性应变很大（超过5%），那么我们应该用织物模型、超弹性模型或者泡沫超弹性模型。线性弹性或者多空弹性适用于大应变是非弹性的情形。线弹性、多孔弹性和亚弹性在应力水平达到弹性模量的50%或者更高的水平时，会表现出很差的收敛性。

线弹性：

在小应变情况下有效（应变小于5%）；可以是各向同性、各向异性；可以与温度以及其他场变量有关；对于连续实体单元可以定义分布。

在有限应变问题中：应力为柯西应力，应变为自然应变，弹性模量为四阶张量。

在大应变问题中，当弹性应变很大时，不要使用线弹性材料定义，而应该使用超弹性材料模型（像橡胶一样的材料）。

最简单的线弹性应力应变关系式如下所示：

G=E/2(1+v)；E和v可以是温度或者其他场变量的函数。

各向同性弹性材料可以通过分布有空间各样的弹性行为，当使用了分布就不能再使用温度和其他场变量相关的弹性常数。

稳定准则要求E>0，G>0，-10.495时，对于线弹性材料，为了避免可能的收敛问题，建议使用连续实体杂交元。否则会出现错误，措施如下：

经典金属塑性理论：

必须与线弹性材料模型或者状态方程一起应用。

一、屈服准则：

米塞斯和希尔屈服面假设金属的屈服与等效压应力无关：这个假设已经被大多数金属受压试验所证实（除了废弃金属），但是对于承受很高的三轴张力的金属或者材料有空洞的情况下，这个假设就可能不太精确了。因为这种情况会导致裂纹附近的应力场的出现，并且在一些极端热负荷下，比如说焊接过程，这个时候应该使用多孔金属塑性模型。

1.米塞斯屈服面

米塞斯屈服面用于各向同性材料，它的定义通过给定单轴屈服应力作为单轴塑性应变、