钢筋混凝土非线性有限元及ANSYS中混凝土本构关系
钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇
钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式1钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式钢筋混凝土是建筑结构中广泛使用的材料之一。
在结构设计与分析过程中，了解钢筋混凝土的本构关系和有限元模式是十分重要的。
本文将从理论和实践两个层面介绍钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式。
一、理论基础1.1 本构关系本构关系是描述材料应力和应变之间关系的数学模型。
对于钢筋混凝土结构来说，其本构关系可以分为弹性和塑性两个阶段。
如图1所示，该曲线表现了材料的应变和应力之间的关系。
在开始阶段，钢筋混凝土材料表现出弹性行为，即在一定范围内，应变和应力呈线性关系，在这个范围内，应力的变化只取决于外力的变化。
当荷载增加时，材料进入塑性阶段，即出现残余变形，弹性不再适用。
此时，应变和应力的关系呈现非线性态势，应力会逐渐增大，直至材料失效。
图1 钢筋混凝土的本构关系曲线1.2 有限元分析有限元分析是一种近似解微分方程的数值分析方法。
该方法将问题分解成一个有限数量的小区域，在每个小区域内建立数学模型，通过连接小区域，组成总体的数学模型。
对于钢筋混凝土结构的有限元分析，可以采用三维有限元模型或二维\轴对称有限元模型等。
二、实践操作2.1 有限元模型的建立在进行有限元分析前，需要建立合适的有限元模型。
在钢筋混凝土结构的有限元分析中，通常采用ABAQUS、ANSYS软件进行模拟。
有限元模型的建立需要考虑结构的几何形状、材料特性、加载条件等，在模型建立的过程中需要进行模型分析和后处理，如应力监测、应变监测、变形量分析等。
2.2 本构关系的采用在建立有限元模型时需要设置材料弹性模量、泊松比、破坏应力等本构关系参数，这些参数可以通过试验数据和经验公式进行估算。
同时，基于实际结构的材料本身的特性和结构内力状态等影响因素，还需要考虑材料的非线性效应，包括弹塑性分析和的动力分析等。
三、应用现状在实际的建筑结构设计和分析中，钢筋混凝土结构的有限元分析被广泛采用，可以帮助工程师更加准确地预测材料的行为，并定位结构的破坏点及应急防御措施。
ANSYS中混凝土的计算问题(分离式)解析
一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。
考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。
裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。
离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。
随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言，可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。
而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。
二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。
混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。
就ANSYS而言，其问题比较复杂些。
1 ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yield criterion)。
W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之前）。
理论上破坏准则(failure criterion)和屈服准则(yield criterion)是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，但没有破坏。
而工程上又常将二者等同，其原因是工程结构不容许有很大的塑性变形，且混凝土等材料的屈服点不够明确，但破坏点非常明确。
利用ANSYS对钢筋混凝土结构的非线性分析
． 用 多线性 等 向强 化模 型 ＭＩＯ模 拟 ， 升段 采用 Ｇ ０ １ — ０ ３ １ 非预 应 力钢 筋混凝 土 梁非线性 分析 Ｓ 上 Ｂ ５０ ０２ ２ ０ 本文梁截面尺寸为 １０ｉ ｑ ２０ｍＴ× ０ ｌ， ２ ｎ × ４ ｌ ３７０ｍｎ 两端采用铰 ｎ ｌ 规 定的公式 ， 降段 采用 Ｅ・Ｈ ｇｅｔ 下 ｏｎ ｓ ｄ建议 的模 型 ， 图 １所 ａ 如
２ １ 网 格 划 分 ．
结构分析 中网格 的疏密及形状对 结果 的好 坏影响很 大 ， 时 有 还会导致计算错误 。 由于本 文为 矩形截 面梁 ， 状规则 ， 形 用控 制
ＳＺ ０ｍ ７ 划分 成六 面体等 参 性材料 ， 以对预应力 和非预应力钢筋混 凝土结 构进行非 线性 分 边长 Ｅ ＩＥ＝５ ｍ划分后 约 １７６个单元 ， 所 单元计算结果较好 。 析 时都属 于材料非线 性 的问题 。Ａ Ｓ Ｓ分 析软件 中有 很多单 ＮＹ
满足工 程设 计 中的精 度 ， 预应力 筋采用 ３ —ｉ ８单元 模拟 ， 粘 ３ 计 算 示例 Ｄ Ｌｎ ｋ 有 用 Ａ Ｓ Ｓ分别对预应力和非 预应力钢 筋混凝土 矩形梁进 行 ＮＹ 结 预应 力筋的预应力采用 降温法 和初应变法分别计算分析 。
１ ２ 本 构关 系的选择 ．
了非线性分析 ， 对计算结果与理论值进行 了比较 ， 并绘制 出跨 中危
从中可以看 出｛ 凝 土开裂荷 载、 昆 钢筋屈服荷 混凝土为弹 塑性 材料 ， 考虑 其非线 性 的影 响 ， 需 分析 时采 用 险点的荷载 位移 曲线 ， 载， 限荷载及相应的跨 中位移值 ， 极 计算 中不考虑 自重的影响。 Ｗｉａ Ｗａｎ ｅ 破坏 准则 ， ｌｍ— ｒｋ ｒ ｌ 混凝 土单 轴 向受压应力一应 变 曲线 采
ANSYS在预应力钢筋混凝土梁非线性有限元分析中的应用
４ 钢 筋预应 力施加
在 预应力钢筋混凝土有 限元分析 中，钢筋 的预应力通常用 等效的外荷 载来代替 ，将 其施 加到结构 上 ，然后计算结构应力 分 布情 况 ，再用 叠加 内力 的方法分 析结构 中钢筋 和混凝土 的受 力情况 。在用 Ａ Ｙ ＮＳ Ｓ对其作有限元分析时 ，首先为钢筋单元
设 定一 个初 始温度 ，并且 给定一个 温降值 ，使钢筋单元产生一 个 收缩 变形 ，此 初始应 变将使钢筋 产生 预拉作用 ，这个作用为 模 型的预应力 ，钢筋 的温降值公式如下 ：
△Ｔ ＝Ｐ Ｅ ／ Ａａ
一
科 学 之 友
式 Ｉ ：△Ｔ：钢筋温降值 ； ｆ Ｅ ：钢筋弹性模量 ；
Ａ：钢 筋 线 膨 胀 系数 ； Ａ：钢筋截而积 ；
Ｐ：预 应 力 施 加 值 。
Ｆｉｎ ｆ ｃ ｎｅ ｍ ｔｕｓ ｒ ｄｏＳ ｉ ｃ ａｅ ｒ ｅ ｅ Ａ
设பைடு நூலகம் 应 力 的 范 围 等 于 屈 服 应 力 的两 倍 ， 以包 括 辛 格 效 应 。
Ｐ
１ 概 论
预应力混凝土结构 白 １２ 年法 同学者弗来西奈 （ ｒ ｓｎｔ ８ ９ Ｆｅ ｓ ｅ） ｙｉ 研究成功后 ， 经过数 十年的研究开发与推广应用 ，取得 了很 … 大进展 。大量的ＩＩ 玉内外建筑土木 程实践 充分证实 了预应力混
摘 要 ：文章应用通用有限元软件 ＡＮ ＹＳ ００对预应力钢筋混凝 土梁的非线性性能进 Ｓ １． 行 了数值模拟 ，并讨论 了钢筋和混凝 土的本构方程 、破坏准则、预应 力施加和收敛准则 和等 问题 。 关键词 ：预应 力；钢筋混凝土；梁；Ａ Ｙ ；有限元 ；挠度 ＮＳ Ｓ 中图分类号 ：Ｔ ７ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编号：１０ Ｕ３ ５１ ００—８３ ２ １ ５— ０４—０ １６（ ００）１ ０ ０ ３
ANSYS混凝土问题分析
ANSYS混凝土问题分析1．关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式分为三种：分离式、整体式和组合式模型◆分离式模型：把混凝土和钢筋作为不同的单元来处理，即混凝土和钢筋各自被划分为足够小的单元，两者的刚度矩阵是是分开来求解的，考虑到钢筋是一种细长的材料，通常可以忽略起横向抗剪强度，因此可以将钢筋作为线单元处理。
钢筋和混凝土之间可以插入粘结单元来模拟钢筋与混凝土之间的粘结和滑移。
一般钢筋混凝土是存在裂缝的，而开裂必然导致钢筋和混凝土变形的不协调，也就是说要发生粘结的失效与滑移，所以此种模型的应用最为广泛。
◆整体式模型：将钢筋分布与整个单元中，假定混凝土和钢筋粘结很好，并把单元视为连续均匀材料，与分离式模型不同的是，它求出的是综合了混凝土与钢筋单元的整体刚度矩阵；与组合式不同之点在于它不是先分别求出混凝土与钢筋对单元刚度的贡献然后再组合，而是一次求得综合的刚度矩阵。
◆组合式模型组合式模型分为两种：一种是分层组合式，在横截面上分成许多混凝土层和若干钢筋层，并对截面的应变作出某些假设，这种组合方式在钢筋混凝土板、壳结构中应用较广；另一种组合方法是采用带钢筋膜的等参单元。
当不考虑混凝土和钢筋二者之间的滑移，三种模型都可以。
分离式和整体式模型使用于二维和三维结构分析。
就ANSYS而言，可以考虑分离式模型：混凝土(SOLID65)+钢筋(LINK单元或PIPE单元)，认为混凝土和钢筋粘结很好。
如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，如果比较困难也可以采用整体式模型(带筋的SOLID65)。
2．本构关系及破坏准则◆本构关系混凝土本构关系的模型对钢筋混凝土结构的非线性分析有重大影响。
混凝土的本构就是表示在各种外荷载作用下的混凝土应力应变的响应关系。
在建立混凝土本构关系时一般都是基于现有的连续介质力学的本构理论，在结合混凝土的力学特性，确定甚至调整本构关系中各种所需的材料参数。
通常，混凝土的本构关系可以分为线性弹性、非线性弹性、弹塑性及其他力学理论等四类。
钢筋混凝土梁的有限元非线性分析
钢筋混凝土桥梁的ansys有限元非线性分析摘要：介绍大型有限元软件Ansys中用于混凝土材料的Solid65单元，分析混凝土和钢筋共同作用时候的建模方法以及相互连接的处理，利用Solid65单元对钢筋混凝土简支梁进行非线性分析。
通过Solid65单元模拟混凝土材料所的的结果，可以较好的反映钢筋混凝土的非线性力学特征。
关键词：非线性；;Ansys；Solid65单元；钢筋混凝土；有限元；1 非线性1.1定义桥梁结构的非线性问题可分为两大类, 第1 类为材料非线性问题, 第2 类为几何非线性问题。
尽管许多桥梁结构分析问题可以用线性分析方法来近似, 但是如果桥梁结构存在明显的非线性特征, 就需要对其进行非线性分析。
在单纯的材料非线性问题中, 假定结构位移微小, 位移与应变的几何关系是线性的, 而应力与应变关系是非线性的。
材料非线性特点是随着荷载的增加, 构上应力大的点首先达到屈服强度, 发生屈服而使结构进入弹塑性状态。
这时虽然部分材料已进入塑性状态, 但相当大部分仍处于弹性范围,因而结构仍可继续承载, 直至塑性部分进一步扩展而发生结构的崩溃。
在实际工程设计中, 这种允许材料进入塑性的结构分析称为材料非线性分析。
极限状态设计所关心的不是荷载作用下结构弹塑性的演变历程, 而是结构出现塑性变形直到崩溃时所能承受的最大荷载, 然后考虑结构应有足够的安全储备, 以此作为设计依据显然较全弹性设计更经济合理。
几何非线性指的是结构的平衡状态在其发生一定的位移之后会相应的发生变化, 结构的平衡均应建立在其变形后的位置之上, 这就是几何非线性理论。
也就是说, 结构的平衡状态在它发生一定的位移之后会发生变化, 而且这种位移一般是大位移,即结构的刚度矩阵是几何变形的函数。
1.2结构非线性分析的方法( 1) 增量法。
把总荷载分成m 个增量步, 对于每级荷载增量, 刚度为常量, 即把刚度方程分段线性化。
增量法求解比较简单, 但存在误差累计问题。
用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件
用Ansys或Abaqus分析钢管混凝土结构或构件以上两个软件国外都有人用来分析钢管混凝土结构，但建模的方法不尽相同。
关键在于钢管和混凝土本构关系的选取以及两者之间的界面处理方法，各位有没有这方面的经验能向我们大家介绍一下。
==========程序中大概只有Drucker-Prager比较适合描述受约束混凝土的本构关系，因为这个模型可以考虑 hydrostatic stress （流体静应力）的影响。
在程序中，需要输入cohesion, angle of internal friction，(one more for ANSYS is the angle of dilatancy)。
值得注意的是，两个软件确定这几个参数的公式各不相同，很是令人头疼。
其实user manuals不可能给出明确的表达式，因为到目前为止，好像没有研究把钢管的强度，混凝土的强度，含钢率等等因素（i.e. the confinement）全部在Drucker-Prager 中考虑进去。
至于两种材料的界面，日本的 Hanbin Ge曾用link element来模拟，但在他的文章中，没有详细的描述。
轴压状况下，好像可以忽略滑移。
偏压可能情况有所不同。
==========韩教授书上的混凝土应力-应变关系，可以简单理解为单向受力的混凝土本构关系（考虑了钢管的约束），因此不能用于多向应力状态下混凝土的有限元分析。
材料非线性有限元分析，需要定义材料的屈服面，流动准则，强化准则，等等。
对受约束的混凝土，还要考虑体积膨胀，钢管对它的约束等因素。
显然，不是一个简单的应力-应变曲线所能概括的。
==========三向有限元分析，需要定义屈服面、流动准则和强化准则等等，而考虑钢管约束的混凝土本构关系，只是应力-应变关系。
对钢管混凝土的有限元分析，主要困难是如何定义屈服面，和模拟两个材料之间的滑移，我曾经用过接触分析（contact analysis）来求轴压构件的承载力，发现最大承载力能够比较精确地求得，但是精确的荷载-位移曲线很难获得，因为商用软件（Ansys\Marc）里面的D-P模型是塑性模型。
ANSYS在钢筋混凝土结构分析中的应用
第３５卷第２０期·５４·２００９年７月山西建筑ＳＨＡＮＸＩＡＲ（ＨＩＴ日＝兀瓜ＥＶｄ．３５Ｎｏ．２０Ｊｕｌ．２００９文章缩号：１００９－６８２５｛２００９｝２０．００５４－０２ＡＮＳＹＳ在钢筋混凝土结构分析中的应用闫玉峰摘要：结合钢筋混凝土结构的工作特性，讲述了利用大型有限元计算软件ＡＮＳＹＳ进行钢筋混凝土结构分析的全过程与相关技巧，以合理地运用ＡＮＳＹＳ模拟钢筋混凝土结构。
从而推广ＡＮＳＹＳ的应用。
关键词：ＡＮ蚧偈，钢筋，混凝土，结构分析中图分类号：ＴＵ３７５文献标识码：Ａ作为世界商业有限元软件的杰出代表，ＡＮＳＹＳ软件友好的交互式操作界面，集多领域计算于一体的强大功能，在我国吸引了越来越多的用户，土木工程是Ａｒ、ＩＳＹＳ软件的一个主要应用领域。
但在应用ＡＮＳＹＳ软件进行钢筋混凝土结构分析时，由于结构自身存在的复杂因素如：１）混凝土是复合材料，材料的均质性较差，应力应变关系成明显的非线性；２）混凝土抗拉强度很低，在通常情况下钢筋混凝土结构总是带裂缝工作的，裂缝的存在使得结构的分析大为复杂；３）钢筋和混凝土作为两种性质迥异的材料在一起工作，引起了复杂的共同作用问题等，合理地运用ＡＮＳＹＳ模拟钢筋混凝土结构仍然是一项富有挑战性的任务。
本文结合钢筋混凝土材料的工作特性，从模型建立到非线性计算再到结果分析的全过程讲述了利用ＡＮＳＹＳ进行钢筋混凝土结构分析的方法与技巧。
并以一钢筋混凝土简支梁为例，说明了其的具体应用。
１单元的选用及定义１．１混凝土单元——Ｓ０ｌｉｄ６５Ａｒ、『ｓＹＳ中提供了上百种计算单元类型，其中Ｓｏｌｉｄ６５单元是专门用于模拟混凝土材料的三维实体单元。
该单元是八节点六面体单元，每个节点具有三个方向的自由度（ｕｘ，【，ｙ，Ｕ≥）。
在普通八节点线弹性单元Ｓｏｌｉｄ４５的基础上，该单元增加了针对于混凝土的材性参数和组合式钢筋模型，可以综合考虑包括塑性和徐际工作中混凝土掺合料脱模剂，粉刷层等因素都会影响实际碳化深度的测定，要认真加以区别，防止“假碳化”产生的误判。
钢纤维混凝土梁非线性分析在ANSYS中的实现
型 ,但加入了混凝土的三维强度准则 , 可通过定义
3 个方向的配筋率考虑 3 个方向的钢筋 . Concrete
材料可通过选取非线性模型考虑塑性变形和徐变 ,
Concrete 材料模型的基本参数有开裂截面和裂缝闭
钢筋作为一种金属材料 , 其力学模型相对容易 把握 , 一般采用双线理想弹塑性模型 , 应力应变关
( School of Civil and Architectural Engineering ,Wuhan University ,Wuhan 430072 ,China)
Abstract : In t his paper , t he constit utive models of concrete and reinforcement , as well as t he properties of t heir element and t he models of FEA are discussed. Models are created in APDL language ; and nonlinear analysis for reinforced concrete beams containing steel fibers is carried out by using t he large general st ruct ural analysis software ANS YS. If Solid65 is used toget her wit h ot her element s in ANS YS , and proper constit utive equation and failure criteria of concrete are adopted , t he simulated result s correspond well to t he experimental result s. Key words : ANS YS ; steel fiber reinforced concrete ; beams ; nonlinear analysis
基于ANSYS的钢筋混凝土结构非线性有限元分析
2、应力-应变曲线：描述了混凝土和钢筋的在往复荷载作用下的变形和能量吸收能力，显示 了结构的塑性变形和损伤演化过程。
参考内容
引言
钢筋混凝土结构在建筑工程中具有重要地位，其非线性行为对结构性能影响 显著。因此，进行钢筋混凝土结构的非线性有限元分析对于预测结构响应、优化 结构设计具有实际意义。本次演示将根据输入的关键词和内容，建立钢筋混凝土 结构非线性有限元分析模型，并详细描述分析过程、结果及结论。
基于ANSYS的钢筋混凝土结构 非线性有限元分析
基本内容
引言：
钢筋混凝土结构是一种广泛应用于建筑工程的重要材料，其非线性力学行为 对结构设计的安全性和稳定性具有重要影响。为了精确模拟钢筋混凝土结构的真 实行为，需要借助先进的数值计算方法，如非线性有限元分析。ANSYS作为一种 广泛使用的有限元分析软件，为钢筋混凝土结构的非线性分析提供了强大的支持。
对于钢筋混凝土，其非线性行为主要来自两个方面：混凝土的本构关系和钢 筋与混凝土之间的相互作用。在非线性有限元分析中，需要建立合适的模型来描 述这些行为。例如，可以采用各向异性本构模型来描述钢筋混凝土的力学行为， 该模型可以捕捉到材料在不同主应力方向上的不同响应。
二、ANSYS中混凝土本构关系研 究
在进行荷载试验时，通过施加不同大小和方向的荷载，检测结构的变形和破 坏过程。采用静力荷载试验和动力荷载试验两种方式，分别模拟实际结构在不同 荷载条件下的响应。在试验过程中，记录各阶段的位移、应变和荷载数据。
在进行有限元分析时，采用ANSYS软件对试验数据进行模拟分析。首先进行 模态分解，了解结构的基本振动特性。随后进行屈曲分析，预测结构的失稳趋势。 通过调整模型参数和网格划分，对比分析不同方案下的有限元计算结果，为结构 的优化设计提供依据。
钢-混凝土组合梁非线性分析在ANSYS中的实现
蕊 瓣 耪露壤 旃 － ÷ 囊凌
钢 一混 凝 土 组 合 梁 非 线 性 分 析 在 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ中 的 实现
余 小红 ， 许 伟 ， 程神辉
（ 阳建 筑大 学土 木 工程 学 院 ， 宁沈 阳 １ ０ ６ ） 沈 辽 １ ８ １
轴心受压应 力 一应变 曲线 的数学 模型 ， 将上升段 取为 二次抛 物线 ， 降段取 为斜 直线（ 图 １ 。用公 式表示为 ： 下 如 ） （ ＝ ２ 一（ ／ ０ ｊ （ ≤ ） ｒ ［ ／ 。 。 ） ０ （） １
（） ２
２ 有 限元 模型 的建立
２ １ 单 元 的 介 绍 ．
ｌｌ Ｏ
维普资讯
增加 了针对混凝 土的性 能参数和组 合式 钢筋模 型。Ｃ ｎｒｔ ｏｃｅ ｅ 材料可通过选取 非线 性模 型考 虑塑 性变 形 和徐 变 ， ｏｃｅ Ｃ ｎｒｔ ｅ
于峰值应力 时的应变 ， 取 。 ．０ ； 为极 限压应 变 ， ＝０ ０ ２ 取
＝０． ０３ ０ ８。
？ 凝 土的失效准则 ， Ｎ Ｙ 昆 Ａ Ｓ Ｓ中 凝 土材料可 以预测脆 性 昆 材料的失效行为。同时考虑 了开裂 和压碎失效 的模拟 。多
四ＪＩ 筑 Ｉ 建
第２ ７卷 ４期
２０ ．８ ０７０
裂和压 溃现象。它是在三维八节点单元 Ｓ ＬＤ ５的基础上 ， Ｏ Ｉ４
［ 收稿 日期］０ ６—０ ２０ ９—２ ３ ［ 基金项 目］ 建设部科技项 目（ ｓ ｓ一１ ） ０ —Ｋ ３ ［ 作者简 介 ］ 小 红 （ ９ １～） 女 ， 士 研 究 生 ； 伟 余 １８ ， 硕 许
（９ １ ， ， １７ ～） 女 副教 授 。
式中： Ｆ是主应力 （ ｐ ， ） ｘ＇ 的函数 ； Ｓ表示 失效 面 ， 是关于主应力及／ ＝
钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇
钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式共3篇钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式1本构关系指的是材料在受力状态下应力和应变之间的数学关系，是材料力学研究的核心问题之一。
钢筋混凝土是一种广泛使用的结构材料，因其具有卓越的耐久性、抗震性和承载能力等特点而广泛应用于建筑、桥梁、隧道等重要工程。
本文将介绍钢筋混凝土结构的本构关系及有限元模式。
一、钢筋混凝土结构的本构关系本构关系是描述材料特性的重要参数，在钢筋混凝土结构中起着至关重要的作用。
钢筋混凝土的本构关系是其在受力状态下的应力-应变关系。
1. 弹性阶段在弹性阶段，应力和应变的关系可以用胡克定律表示：σ = Eε其中，σ表示应力，单位为帕斯卡；E表示弹性模量，单位为帕斯卡；ε表示应变，无量纲。
在弹性阶段内，钢筋混凝土材料具有快速恢复的能力，即在载荷移除后其形变能立即恢复，无残留应变。
2. 屈服阶段当施加的应力超过钢筋混凝土材料的屈服强度时，开始出现塑性变形。
屈服强度是指材料开始出现塑性变形的强度。
钢筋混凝土的屈服阶段是从弹性阶段开始，到材料开始出现塑性变形的阶段。
在这个阶段内，应变仍然线性增长，但应力开始下降。
在此阶段的本构关系中，可以使用修正胡克模型来表示：σ = Eε + k(ε-εy)其中，σ表示应力；E表示弹性模量；ε表示应变；k表示生成线的斜率，即材料的刚度；εy表示屈服点应变。
3. 局部软化阶段当钢筋混凝土的应力进一步增加时，开始出现混凝土的开裂，此时卡肯塔迪理论起到了作用，即混凝土破坏的应力取决于第一根开裂的钢筋的应力。
在局部软化阶段，本构关系可以用材料的损伤表征法来描述。
4. 硬化阶段在硬化阶段，应力和应变之间的关系是非线性的，越来越陡峭。
在这个阶段内，钢筋混凝土的抗裂性能更好，吸收能量更大，具有更高的韧性。
本构关系可以用增强型拉动软化方程或其它材料的损伤表征法描述。
二、钢筋混凝土结构的有限元模式有限元法是一种利用数值方法对工程问题进行分析的技术。
ANSYS本构关系
于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。裂缝的处理
方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处
研究之中，主要应用的是前两种。离散裂缝模型和分布裂缝模型各有
特点，可根据不同的分析目的选择使用。随着计算速度和网格自动划
分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言，可以考虑分离式模型（solid65+link8，认为混
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在混凝土到达其屈服面之前，SOLID65单 元可以具有线弹性属性、多线性弹性或者是其他 的塑性特性。本构关系有等强硬化模型、随动硬 化模型和Drucker-Prager模型。但如果超出了混 凝土的屈服面，则将丧失混凝土屈服性能。通过 路径MainMenu>Preprocessor>Material Props>Material Models
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ANSYS中混凝土本构关系
一、关于模型
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钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分
离式、分布式和组合式模型。考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，
则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不
考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用
（4）多线性等向强化资（料仅供参M考 ISO） 使用多线性来表示使用Von Mises屈服准则
的等向强化的应力－应变曲线，它适用于比例加 载的情况和大应变分析。 需要输入最多100个应力－应变曲线，最多可以 定义20条不同温度下的曲线。 其材料特性的定义步骤如下： 1.定义弹性模量 2.定义MISO数据表 3.为输入的应力－应变数据指定温度值 4.输入应力－应变数据 5.画材料的应力－应变曲线 与MKIN 数据表不同的是，MISO的数据表对不同 的温度可以有不同的应变值，因此，每条温度曲 线有它自己的输入表。
ANSYS中混凝土的计算问题 本构模型
ANSYS中混凝土的计算问题最近做了点计算分析，结合各论坛关于这方面的讨论，就一些问题探讨如下，不当之处敬请指正。
一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。
考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。
裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。
离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。
随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言，她可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。
而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。
二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。
混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。
就ANSYS而言，其问题比较复杂些。
1 ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yi eld criterion)。
W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之前）。
理论上破坏准则(failure criterion)和屈服准则(y ield criterion)是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，但没有破坏。
2-非线性本构关系【ANSYS非线性分析】
第二章材料本构关系§2.1本构关系的概念本构关系：应力与应变关系或内力与变形关系结构的力学分析，必须满足三类基本方程:（1）力学平衡方程:结构的整体或局部、静力荷载或动力荷载作用下的分析、精确分析或近似分析都必须满足；（2）变形协调方程:根据结构的变形特点、边界条件和计算精度等，可精确地或近似地满足；（3）本构关系:是连接平衡方程和变形协调方程的纽带，具体表达形式有：材料的应力-应变关系，截面的弯矩-曲率关系，轴力-变形（伸长、缩短）关系，扭矩-转角关系，等等。
所有结构（不同材料、不同结构形式和体系）的力学平衡方程和变形协调方程原则上相同、数学形式相近，但本构关系差别很大。
有弹性、弹塑性、与时间相关的粘弹性、粘塑性，与温度相关的热弹性、热塑性，考虑材料损伤的本构关系，考虑环境对材料耐久性影响的本构关系，等等。
正确、合理的本构关系是可靠的分析结果的必要条件。
混凝土结构非线性分析的复杂性在于：钢筋混凝土---复杂的本构关系：有限元法---结构非线性分析的工具：非线性全过程分析---解决目前结构分析与结构设计理论矛盾的途径：§2.2 一般材料本构关系分类1．线弹性(a) 线性本构关系； (b) 非线性弹性本构关系图2-1 线弹性与非线性弹性本构关系比较在加载、卸载中，应力与应变呈线性关系：}]{[}{εσD = （图2-1a ） 适用于混凝土开裂前的应力-应变关系。
2． 非线性弹性在加载、卸载中，应力与应变呈非线性弹性关系。
即应力与应变有一一对应关系，卸载沿加载路径返回，没有残余变形（图2-1b ）。
}{)]([}{εεσD = 或 }{)]([}{εσσD =适用于单调加载情况结构力学性能的模拟分析。
3． 弹塑性图2 – 2 弹塑性本构关系(a)典型弹塑性；(b)理想弹塑性；(c)线性强化；(d)刚塑性典型的钢筋拉伸应力、应变曲线 （图2-2（a ））包含弹性阶段（OA ）、流动阶段（AB ）及硬化阶段（BC ）。
ANSYS在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的应用
ANSYS在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的应用一、本文概述随着现代建筑技术的不断发展，预应力钢筋混凝土结构因其独特的性能优势，如高强度、高刚度、良好的耐久性等，被广泛应用于桥梁、高层建筑、大坝等各类工程结构中。
然而，这种结构的非线性行为，特别是在承受复杂荷载和预应力作用下的表现，使得其设计和分析变得复杂而具有挑战性。
因此，寻求一种有效的工具和方法来进行预应力钢筋混凝土结构的非线性分析至关重要。
本文旨在探讨ANSYS软件在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的应用。
我们将简要介绍预应力钢筋混凝土结构的基本原理和特点，以及非线性分析的必要性。
然后，我们将详细阐述ANSYS软件的基本框架、功能模块以及其在非线性分析中的优势。
接着，我们将通过具体案例，展示如何使用ANSYS软件进行预应力钢筋混凝土结构的建模、预应力施加、荷载加载以及结果的后处理。
我们将对ANSYS在预应力钢筋混凝土结构非线性分析中的效果进行评估，并讨论其在实际工程应用中的潜力和限制。
通过本文的研究，我们期望能为工程师和研究人员提供一种利用ANSYS软件进行预应力钢筋混凝土结构非线性分析的有效方法，为相关工程实践提供理论支持和实际指导。
二、ANSYS软件简介ANSYS是一款功能强大的工程仿真软件，广泛应用于各种工程领域的分析，包括结构、流体、电磁、热传导等多物理场耦合问题。
它以其高度的准确性、稳定性和广泛的应用领域而受到工程师和研究人员的青睐。
ANSYS提供了丰富的单元库和材料模型，使得用户可以准确地模拟各种复杂的工程问题。
在预应力钢筋混凝土结构的非线性分析中，ANSYS凭借其强大的非线性求解能力和丰富的材料模型库，可以模拟钢筋与混凝土之间的相互作用，以及预应力对结构性能的影响。
通过定义合适的材料本构关系、非线性行为以及接触关系，ANSYS可以对预应力钢筋混凝土结构在受力过程中的应力分布、变形行为以及破坏模式进行精确的预测。
ANSYS还提供了丰富的后处理功能，可以帮助用户直观地展示和分析仿真结果，如应力云图、变形云图、荷载-位移曲线等，从而帮助用户深入了解结构的受力性能和破坏机理。
基于ANSYS的钢筋混凝土梁的非线性分析
基于ANSYS的钢筋混凝土梁的非线性分析摘要：本文主要通过介绍混凝土的本构模型，利用SOLID65号单元阐述ANSYS如何实现钢筋混凝土梁的建模，开裂，破坏等受力性能。
关键词：混凝土，有限元，非线性The Nonlinear Analysis of Reinforced-Concrete Beam Based On AnsysDang Jianping(Baotou Construction engineering cost can administer station, Baotou 014010)Abstract:By introducing the concrete constitutive model,the paper expounds ANSYS how to realize the modeling, craze, destructive force performance of the reinforced concrete beam using SOLID65 Element.Keywords: concrete, finite element, nolinear1 SOLID65单元的材料属性ANSYS的SOLID65单元是专为混凝土，岩石等抗压能力远大于抗拉能力的非均匀材料开发的单元。
它可以模拟混凝土中的加强钢筋（或玻璃纤维，型钢等），以及材料的抗裂和压溃现象。
SOLID65单元最多可定义3种不同的加固材料，即此单元允许同时拥有四种不同的材料。
混凝土材料具有开裂，压碎，塑性变形和蠕变的能力；加强材料则只能受拉压，不能承受剪切力。
2 材料本构关系模型2.1 混凝土本构模型根据弹塑性理论建立混凝上的本构关系时，必须对屈服，条件流动法则、硬化法则即塑性模型三要素做出基本假定。
ANSYS弹塑性本构关系主要使用Mises 屈服准则或Drucker-Prager屈服准则。
2.2 混凝土破坏准则混凝土模型采用Willam-warnke五参数破坏准则，破坏面通过以及在静水压力p下的来定义。
ANSYS对钢筋混凝土梁的非线性分析
111 材料本构模型
1) 材料非线性本构模型 。 Solid65单元可以使用的本构 关系有等强硬化模型 (multilinear isotrop ic hardening) 、随动 硬化模型 (multilinear kinematic hardening)和 D rucker - Prager 模型 (D - P模型 ) 。在任一应力水平情况下 , 弹塑性应变增
关系 。在这种情况下 , 一般在假设开裂和压碎之前 , 塑性
变形已经完成 。
113 使用方法
在实 际 应 用 中 , 一 般 需 要 为 Solid65 单 元 提 供 以 下
数据 。
1) 实参数 : 设定 Solid65 单元在三维空间各个方向的
钢筋材料编号 、位置 、角度和配筋率 。对于剪力墙 、楼板
参考文献 :
[ 1 ] 陈惠发. 土木工程材料的本构方程 [M ]. 武汉 : 华中科技 大学出版社 , 2001: 192.
[ 2 ] 吕西林 , 金国芳 , 吴晓涵. 钢筋混凝土结构非线性有限元理 论与应用 [M ]. 上海 : 同济大学出版社 , 1997: 72.
[ 3 ] 张 立 明. A lgor、Ansys 在 桥 梁 工 程 中 的 应 用 方 法 与 实 例 [M ]. 北京 ; 人民交通出版社 , 2003: 42～43.
28
图 3 混凝土本构关系
3) 钢筋 E = 211 ×105M Pa, V = 013。 钢筋的直径为 16mm , 钢筋间横向间距为 40mm , 竖向 间距为 20mm。 另外 , 混凝土的张开裂缝的剪切传递系数为 017, 闭合 裂缝的剪切传递系数为 1。 由于对称性 , 只需建立 1 /2 模型即可 , 在对称面上可
ANSYS中混凝土的本构关系
一、关于模型钢筋混凝土有限元模型根据钢筋的处理方式主要分为三种，即分离式、分布式和组合式模型。
考虑钢筋和混凝土之间的粘结和滑移，则采用引入粘结单元的分离式模型；假定混凝土和钢筋粘结很好，不考虑二者之间的滑移，则三种模型都可以；分离式和分布式模型适用于二维和三维结构分析，后者对杆系结构分析比较适用。
裂缝的处理方式有离散裂缝模型、分布裂缝模型和断裂力学模型，后者目前尚处研究之中，主要应用的是前两种。
离散裂缝模型和分布裂缝模型各有特点，可根据不同的分析目的选择使用。
随着计算速度和网格自动划分的快速实现，离散裂缝模型又有被推广使用的趋势。
就ANSYS而言，她可以考虑分离式模型(solid65+link8，认为混凝土和钢筋粘结很好，如要考虑粘结和滑移，则可引入弹簧单元进行模拟，比较困难！)，也可采用分布式模型(带筋的solid65)。
而其裂缝的处理方式则为分布裂缝模型。
二、关于本构关系混凝土的本构关系可以分为线弹性、非线性弹性、弹塑性及其它力学理论等四类，其中研究最多的是非线性弹性和弹塑性本构关系，其中不乏实用者。
混凝土破坏准则从单参数到五参数模型达数十个模型，或借用古典强度理论或基于试验结果等，各个破坏准则的表达方式和繁简程度各异，适用范围和计算精度差别也比较大，给使用带来了一定的困难。
就ANSYS而言，其问题比较复杂些。
1 ANSYS混凝土的破坏准则与屈服准则是如何定义的？采用tb,concr,matnum则定义了W-W破坏准则(failure criterion)，而非屈服准则(yield criterion)。
W-W破坏准则是用于检查混凝土开裂和压碎用的，而混凝土的塑性可以另外考虑（当然是在开裂和压碎之前）。
理论上破坏准则(failure criterion)和屈服准则(yield criterion)是不同的，例如在高静水压力下会发生相当的塑性变形，表现为屈服，但没有破坏。
而工程上又常将二者等同，其原因是工程结构不容许有很大的塑性变形，且混凝土等材料的屈服点不够明确，但破坏点非常明确。