4.1ABAQUS中的混凝土本构模型(5页)
混凝土本构模型
![混凝土本构模型](https://img.taocdn.com/s3/m/8e5195fbfab069dc50220145.png)
混凝土本构关系模型 一、线弹性本构模型1、 线弹性均质的本构模型当混凝土无裂缝时,可以将混凝土看成线弹性均质材料,用广义胡克定律来表达本构关 系:kl ijkl ij C εσ=式中,ijklC 为材料常数,为一四阶张量,一般有81个常数,如果材料为正交异性时,常数可减少至9个,如材料为各向均质时,可用两个常数λ、μ来表达,λ、μ称为Lame 常数。
ijkk ij ij δλεμεσ+=2当j i =,μλσε23+=kkkk ,代入上式()kk ijij ij σμμλλσσε2232/+-=E 、ν、λ、μ之间的关系如下:()ν213-=E K ,()ν+=12EG GK KGE +=39,()G K G K +-=3223ν 在工程计算中采用下列形式⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=E EE 33221111σσνσε 同样可写出22ε、33ε的表达式。
()12121112τντγEG+==同样可写出22γ、33γ的表达式。
如上述各式用张量表示可写成:ij kk ij ij EE δσνσνε-+=1,()()ij kk ij ij E E δενννενσ2111-+-+=用矩阵形式表达时,可写成张量描述用矩阵形式表达,可写成:3、正交异性本构模型 矩阵描述分块矩阵描述1.3横观各向同性弹性体本构模型其中[]D 表达式为kl ijkl ij C εσ=1、Cauchy 模型Cauchy 模型建立的各向同性一一对应的应力应变关系为()kl ij ij F εσ=可展开为:+++=jk ik ij ij ij εεαεαδασ210根据Caley-Hamilton 定理有:jkik ij ij ij εεϕεϕδϕσ210++=但Cauchy 模型在)2,1,0(=i i ϕ时,一般不能满足ij kk ij ij δλεμεσ+=2。
因而,Cauchy 模型在不同加载途径下得到的应变能和余能表达式不是唯一的或者不存在,不能满足弹性体能量守恒定律,但在单调比例加载途径下还是适用的。
基于ABAQUS二次开发的钢筋混凝土粘结滑移本构模型研究
![基于ABAQUS二次开发的钢筋混凝土粘结滑移本构模型研究](https://img.taocdn.com/s3/m/59a9ff62bdd126fff705cc1755270722192e5937.png)
基于ABAQUS二次开发的钢筋混凝土粘结滑移本构模型研究基于ABAQUS二次开发的钢筋混凝土粘结滑移本构模型研究摘要:钢筋混凝土结构的力学性能主要受到粘结滑移效应的影响。
为了更好地模拟和预测结构的行为,研究者通过对ABAQUS软件进行二次开发,建立了钢筋混凝土粘结滑移本构模型。
本文通过分析该模型,探讨了其应用前景和优势。
1. 引言钢筋混凝土结构是目前建筑中最常用的结构形式之一。
粘结滑移是钢筋与混凝土之间的相互作用,其性能直接影响结构的抗震性能和承载力。
因此,建立准确可靠的粘结滑移本构模型对于结构的力学性能研究具有重要意义。
2. 研究背景传统的ABAQUS软件在模拟钢筋混凝土结构时,常采用弹塑性本构模型。
然而,这种模型难以考虑粘结滑移效应,无法准确模拟结构的真实行为。
为了解决这一问题,研究者对ABAQUS软件进行二次开发,引入了粘结滑移本构模型。
3. 粘结滑移本构模型的原理粘结滑移本构模型是基于Bouc-Wen模型的基础上进行改进的。
该模型考虑了钢筋和混凝土之间的摩擦力和粘滞力,能够较好地描述粘结滑移的非线性行为。
其基本原理是通过相关的物理参数来描述钢筋与混凝土之间的相互作用,以此来确定整个结构的力学性能。
4. 模型参数的确定粘结滑移本构模型有多个参数需要确定。
这些参数包括钢筋粘滞刚度、混凝土粘滞刚度、摩擦系数等。
为了使模型更准确地预测结构的行为,研究者通过试验数据拟合和参数标定等方法来确定这些参数的取值,以满足实际结构的需求。
5. 模型的应用前景通过对粘结滑移本构模型的研究,可以更准确地预测结构的力学性能,提高结构安全性和可靠性。
该模型在地震工程、桥梁工程、水利工程等领域都有广泛的应用前景。
其为工程师提供了一种可靠的分析工具,有助于优化结构设计。
6. 模型的优势与传统的弹塑性模型相比,粘结滑移本构模型具有以下优势:(1)准确模拟钢筋混凝土结构的非线性行为;(2)考虑了钢筋与混凝土之间的相互作用;(3)可用于预测结构的破坏模式和承载力。
ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型共3篇
![ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型共3篇](https://img.taocdn.com/s3/m/3bfa537eac02de80d4d8d15abe23482fb4da028f.png)
ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型共3篇ABAQUS显式分析梁单元的混凝土、钢筋本构模型1在ABAQUS中,梁单元是一种经常用于模拟混凝土和钢筋梁的元素。
它使用线性或非线性混凝土本构模型和钢筋本构模型来描述材料的行为,并考虑梁单元在三个方向上的应力和应变。
混凝土本构模型:ABAQUS提供了多个混凝土本构模型,它们可以用于描述混凝土的本构行为。
其中一个常用的模型是Mander本构模型,它考虑了混凝土的三个不同阶段的行为:1. 压缩阶段: 混凝土在受到压缩时会逐渐变硬,所以Mander模型使用一个非线性的应力-应变关系来描述混凝土的压缩行为。
该模型使用三个参数来描述混凝土在不同应变范围内的硬化行为。
2. 弯曲-拉伸阶段: 当混凝土受到弯曲或拉伸时,会发生一些微小的裂缝,导致其变得更容易受到破坏。
因此,Mander模型采用一个渐进应力-应变关系来描述混凝土的弯曲和拉伸行为。
该模型也使用三个参数来描述不同应变范围内的弯曲和拉伸行为。
3. 破坏阶段: 当混凝土受到极大应力时,会发生破坏。
为了模拟破坏行为,Mander模型使用两个参数来描述混凝土的弹性模量和极限应变。
当混凝土受到超过极限应变的应变时,该模型将输出一个非常大的应力值,这意味着梁单元已经破坏。
钢筋本构模型:ABAQUS也提供了多个钢筋本构模型。
其中一个常用的模型是多屈服弹塑性模型,它考虑了钢筋的应力-应变关系的多个拐点:1. 弹性阶段: 在应力小于屈服强度时,钢筋的行为是弹性的。
因此,多屈服弹塑性模型使用一个线性应力-应变关系来描述弹性阶段的行为。
2. 屈服阶段: 当钢筋的应力达到屈服强度时,它的行为将开始变得非线性。
因此,多屈服弹塑性模型使用一个拐点来描述屈服后的应力-应变关系。
该模型使用一组参数来描述每个拐点的应力和应变差。
3. 再次弹性阶段: 当钢筋的应变超过屈服点后,它的应变-应力关系将再次变得线性。
多屈服弹塑性模型也考虑了这个阶段的行为。
Abaqus混凝土材料模型解读与参数设置
![Abaqus混凝土材料模型解读与参数设置](https://img.taocdn.com/s3/m/0b87403fb4daa58da0114ab1.png)
Abaqus混凝土材料塑性损伤模型浅析与参数设置【壹讲壹插件】欢迎转载,作者:星辰-北极星,QQ群:431603427Abaqus混凝土材料塑性损伤模型浅析与参数设置 (1)第一部分:Abaqus自带混凝土材料的塑性损伤模型 (2)1.1概要 (2)1.2学习笔记 (2)1.3 参数定义与说明 (3)1.3.1材料模型选择:Concrete Damaged Plasticity (3)1.3.2 混凝土塑性参数定义 (3)1.3.3 混凝土损伤参数定义: (4)1.3.4 损伤参数定义与输出损伤之间的关系 (4)1.3.5 输出参数: (4)第二部分:根据GB50010-2010定义材料损伤值 (5)第三部分:星辰-北极星插件介绍:POLARIS-CONCRETE (6)3.1 概要 (6)3.2 插件的主要功能 (6)3.3 插件使用方法: (6)3.3.1 插件界面: (6)3.3.2 生成结果 (7)3.4、算例: (9)3.4.1三维实体简支梁模型说明 (9)3.4.2 计算结果: (9)第一部分:Abaqus自带混凝土材料的塑性损伤模型1.1概要首先我要了解Abaqus内自带的参数模型是怎样的,了解其塑性模型,进而了解其损伤模型,其帮助文档Abaqus Theory Manual 4.5.1 An inelastic constitutive model for concrete讲述的是其非弹性本构,4.5.2 Damaged plasticity model for concrete and other quasi-brittle materials则讲述的塑性损伤模型,同时在Abaqus Analysis User's Manual 22.6 Concrete也讲述了相应的内容。
1.2学习笔记1、混凝土塑性损伤本构模型中的损伤是一标量值,数值范围为(0无损伤~1完全失效[对于混凝土塑性损伤一般不存在]);2、仅适用于脆性材料在中等围压条件(为围压小于轴抗压强度1/4);3、拉压强度可设置成不同数值;4、可实现交变载荷下的刚度恢复;默认条件下,由拉转压刚度恢复,由压转拉刚度不变;5、强度与应变率相关;6、使用的是非相关联流动法则,刚度矩阵为非对称,因此在隐式分析步设置时,需在分析定义other-》Matrix storate-》Unsymmetric。
ABAQUS混凝土本构关系C60
![ABAQUS混凝土本构关系C60](https://img.taocdn.com/s3/m/73a6da7ea417866fb84a8e92.png)
0 1.4E-05 7.02E-05 0.000173 0.000327 0.000554 0.000708 0.000821 0.000958 0.001244 0.001516 0.002625 0.00403 0.00544 0.00685 0.009663
系…
0.002
0.004
0.006
0.008
C60
混凝土强度等级 混凝土弹性模量 混凝土峰值压应变 混凝土峰值压应力
C
E
ε σ β η
c c
受压应力应变曲线 应力推应变 0.316456 0.379747 0.527426 0.675105 0.801688 0.907173 0.949367 0.970464 0.987342 1 应变反推应力
y 0.316455696 0.379746835 0.52742616 0.675105485 0.801687764 0.907172996 0.949367089 0.970464135 0.987341772 1 0.998972737 0.981496316 0.946469954 0.907602741 0.86894547 0.797124556
混凝土强度等级c混凝土弹性模量e混凝土峰值压应变c混凝土峰值压应力c受压应力应变曲线y应力推应变031645615000046903164556960379747180000575037974683505274262500008460527426160675105320001164067510548508016883800015020801687764090717343000188309071729960949367450002099094936708909704644600022430970464135098734246800024030987341772147400027081应变反推应力473513100029790998972737465229300040620981496316448626800054160946469954430203700067709076027414118802000812408689454737783700108320797124556受拉应力应变曲线c4462242混凝土强度等级cc60c400510152025303540455000002混凝土弹性模量e混凝土峰值压应变c混凝土峰值压应力c受压应力应变曲线y应力推应变0210976666667000028021097046403797471200005330379746835052742616666670000785052742616067510521333330001079067510548508016882533333000139208016877640907173286666700017460907172996094936730000194609493670890970464306666700020790970464135098734231200022280987341772131600027081应变反推应力3157349000297909991610853101528000406209814963162990845000541609464699542868025000677090760274127458680008124086894547251891400108320797124556受拉应力应变曲线c340532860混凝土圆柱体抗压强度fc079fcu混凝土结构第10页325649421900018925o00
混凝土本构模型
![混凝土本构模型](https://img.taocdn.com/s3/m/4ec8d2870d22590102020740be1e650e53eacf5c.png)
混凝土本构模型混凝土是一种常用的结构材料,具有很强的抗压强度和耐久性。
为了有效地分析和设计混凝土结构,人们提出了混凝土本构模型,用于描述混凝土材料的力学性能。
本文将介绍混凝土本构模型的基本概念、常用模型以及模型选择的几个关键因素。
1. 混凝土本构模型的基本概念混凝土的本构模型是一种数学模型,用于描述混凝土在力学加载下的应力-应变关系。
它基于实验数据和理论分析,通过一组公式或曲线来模拟混凝土的弹性和塑性行为。
常见的本构模型包括弹性模型、线性本构模型、非线性本构模型等。
2. 常用的2.1 弹性模型弹性模型是最简单的混凝土本构模型之一,它假设混凝土在加载过程中具有线性弹性行为。
根据胡克定律,混凝土的应力和应变之间存在着线性关系。
在小应变范围内,弹性模型能够较好地描述混凝土的力学性能,但它无法考虑材料的非线性行为。
2.2 线性本构模型线性本构模型相比于弹性模型更为复杂,它考虑了混凝土的非线性行为。
其中最为常用的是双曲线模型和抛物线模型。
双曲线模型通过将应力-应变曲线分为上升段和下降段,分别使用线性和非线性公式描述,能够较好地模拟混凝土在受压和受拉状态下的应力-应变关系。
抛物线模型则是通过二次方程来拟合混凝土的应力-应变曲线,在一定程度上考虑了混凝土的非线性特性。
2.3 非线性本构模型非线性本构模型较为复杂,但能够更准确地描述混凝土在大变形情况下的力学性能。
常见的非线性本构模型包括双参数本构模型、Drucker-Prager本构模型、Mohr-Coulomb本构模型等。
这些模型能够考虑混凝土在各向异性和多轴加载条件下的非线性行为,适用于复杂的结构分析和设计。
3. 模型选择的关键因素选择适合的混凝土本构模型是结构分析和设计的关键一步,需要考虑以下因素:3.1 加载条件不同的加载条件会对混凝土的力学性能产生不同的影响,例如受压、受拉、剪切等。
在选择本构模型时,需要根据具体的加载条件确定模型的参数和表达形式。
3.2 大应变效应部分混凝土结构在强震等极端加载条件下可能发生较大应变,此时需要考虑混凝土的非线性行为。
三种混凝土本构模型
![三种混凝土本构模型](https://img.taocdn.com/s3/m/bf7398c85fbfc77da269b1a8.png)
ABAQUS中的三种混凝土本构模型2010-05-12 22:19:14| 分类:ABAQUS | 标签:|字号大中小订阅资料来自SIMWE论坛shanhuimin923,特表示感谢!ABAQUS 用连续介质的方法建立描述混凝土模型不采用宏观离散裂纹的方法描述裂纹的水平的在每一个积分点上单独计算其中。
低压力混凝土的本构关系包括:Concrete Smeared cracking model (ABAQUS/Standard)Concrete Brittle cracking model (ABAQUS/Explicit)Concrete Damage plasticity model高压力混凝土的本构关系:Cap model1、ABAQUS/Standard中的弥散裂缝模型Concrete Smeared cracking model(ABAQUS/Standard):——只能用于ABAQUS/Standard中裂纹是影响材料行为的最关键因素,它将导致开裂以及开裂后的材料的各向异性用于描述:单调应变、在材料中表现出拉伸裂纹或者压缩时破碎的行为在进行参数定义式的Keywords:*CONCRETE*TENSION STIFFENING*SHEAR RETENTION*FAILURE RATIOS2、ABAQUS/Explicit中脆性破裂模型Concrete Brittle cracking model (ABAQUS/Explicit) :适用于拉伸裂纹控制材料行为的应用或压缩失效不重要,此模型考虑了由于裂纹引起的材料各向异性性质,材料压缩的行为假定为线弹性,脆性断裂准则可以使得材料在拉伸应力过大时失效。
在进行参数定义式的Keywords*BRITTLE CRACKING,*BRITTLE FAILURE,*BRITTLE SHEAR3、塑性损伤模型Concrete Damage plasticity model:适用于混凝土的各种荷载分析,单调应变,循环荷载,动力载荷,包含拉伸开裂(cracking)和压缩破碎(crushing),此模型可以模拟硬度退化机制以及反向加载刚度恢复的混凝土力学特性在进行参数定义式的Keywords:*CONCRETE DAMAGED PLASTICITY*CONCRETE TENSION STIFFENING*CONCRETE COMPRESSION HARDENING*CONCRETE TENSION DAMAGE*CONCRETE COMPRESSION DAMAGE。
(完整版)ABAQUS中的三种混凝土本构模型
![(完整版)ABAQUS中的三种混凝土本构模型](https://img.taocdn.com/s3/m/bb1cee0258eef8c75fbfc77da26925c52cc591cf.png)
(完整版)ABAQUS中的三种混凝土本构模型ABQUS中的三种混凝土本构模型ABAQUS 用连续介质的方法建立描述混凝土模型不采用宏观离散裂纹的方法描述裂纹的水平的在每一个积分点上单独计算其中。
低压力混凝土的本构关系包括:Concrete Smeared cracking model (ABAQUS/Standard)Concrete Brittle cracking model (ABAQUS/Explicit)Concrete Damage plasticity model高压力混凝土的本构关系:Cap model1、ABAQUS/Standard中的弥散裂缝模型Concrete Smeared cracking model (ABAQUS/Standard):——只能用于ABAQUS/Standard中裂纹是影响材料行为的最关键因素,它将导致开裂以及开裂后的材料的各向异性用于描述:单调应变、在材料中表现出拉伸裂纹或者压缩时破碎的行为在进行参数定义式的Keywords:*CONCRETE*TENSION STIFFENING*SHEAR RETENTION*FAILURE RATIOS2、ABAQUS/Explicit中脆性破裂模型Concrete Brittle cracking model (ABAQUS/Explicit) :适用于拉伸裂纹控制材料行为的应用或压缩失效不重要,此模型考虑了由于裂纹引起的材料各向异性性质,材料压缩的行为假定为线弹性,脆性断裂准则可以使得材料在拉伸应力过大时失效。
在进行参数定义式的Keywords*BRITTLE CRACKING,*BRITTLE FAILURE,*BRITTLE SHEAR3、塑性损伤模型Concrete Damage plasticity model:适用于混凝土的各种荷载分析,单调应变,循环荷载,动力载荷,包含拉伸开裂(cracking)和压缩破碎(crushing),此模型可以模拟硬度退化机制以及反向加载刚度恢复的混凝土力学特性在进行参数定义式的Keywords:*CONCRETE DAMAGED PLASTICITY*CONCRETE TENSION STIFFENING*CONCRETE COMPRESSION HARDENING*CONCRETE TENSION DAMAGE*CONCRETE COMPRESSION DAMAGE。
ABAQUS钢筋混凝土本构模型
![ABAQUS钢筋混凝土本构模型](https://img.taocdn.com/s3/m/4af8def70d22590102020740be1e650e53eacf7c.png)
ABAQUS钢筋混凝土本构模型钢是各向同性材料,其本构关系理论比较成熟,考虑了其弹性、弹塑性、强化、断裂和包辛格效应并得到充分验证。
基本参数:密度:ρ=7800kg/m^3弹性模量:E_s=2.07×10^5泊松比:ν =0.31.2 混凝土混凝土在拉压方向上的力学性能不同,存在着强化、软化、开裂、损伤等复杂的力学行为。
如何在有限元程序中准确模拟混凝土的本构关系,对于后续有限元计算结构的合理性和准确性尤为重要。
基本参数:密度:ρ=2200~2400kg/m^3弹性模量:E_c(与强度有关)泊松比:ν =0.18~0.22(建议取0.2)Ψe fb0/fc Kυ30°0.11.160.6677.5e-042 混凝土单轴应力-应变关系2.1 混凝土单轴受压应力-应变关系混凝土材料在单轴压缩下的应力-应变关系由弹性段、强化段和软化段组成。
图1 混凝土单轴应力-应变关系ε_{c0}^{el}——未损伤或者未考虑损伤的混凝土受压弹性应变,材料无损时的弹性应变ε_c^{el}——考虑损伤的混凝土受压弹性应变(损伤导致刚度减小,相应的弹性应变就增大了)ε_c^{pl}——混凝土受压塑性应变(总应变减去考虑损伤的受压弹性应变)ε_c^{in}——混凝土受压非弹性应变(包括了一部分塑性应变和受压损伤导致的刚度变小产生的应变等)1.弹性段定义——确定初始切线模量E0(1) 确定弹性极限点(ε_{c,e0},σ_{c,e0}) \\建议一般取σ_{c,e0}=f_c/3 \\则初始切线弹性模量为E_0=ε_{c,e0}/σ_{c,e0} \\(2) 混凝土的弹性模量Ec(3) 也可以采用如下方法进行确定:首先计算混凝土拉伸开裂时的割线模量,并按此割线模量取值确定混凝土压缩应力-应变关系曲线上升段中割线模量的等值点,以此作为混凝土受压受力阶段的弹塑性分界点,通过这样的方法可以保证混凝土的压缩弹性模量和拉伸弹性模量取值保持一致。
abaqus混凝土参数
![abaqus混凝土参数](https://img.taocdn.com/s3/m/02a8bf9a710abb68a98271fe910ef12d2bf9a940.png)
abaqus混凝土参数你看啊,就像我们搭积木一样,在电脑里设计东西的时候呢,也有一些特殊的规则和数字。
这个abaqus就像是一个超级大的玩具箱,里面有好多小零件可以用来搭建各种各样的东西,混凝土就是我们经常要用到的“小零件”之一呢。
混凝土大家都见过吧,马路上、大楼里都有。
那在这个abaqus里的混凝土,就有一些特殊的参数。
这些参数就像是混凝土这个小零件的说明书一样。
比如说啊,混凝土有多硬,它能承受多大的压力,就像我们的小胳膊能提多重的东西一样。
如果我们要在电脑里建一个大桥的模型,这个混凝土参数就特别重要啦。
我给你们讲个小故事吧。
有个叔叔想在电脑里建一个很坚固的城堡模型。
他一开始不知道混凝土参数的重要性呢。
他就随便弄了弄,结果城堡建起来,风一吹,就倒了。
这可不行呀。
后来呢,他就认真地去研究这个混凝土参数。
他发现,就像我们在沙堆上堆城堡的时候,沙子太松了城堡就容易倒,混凝土如果参数没设好,在电脑里的城堡也会倒。
那这些参数都有啥呢?有像密度这样的东西。
密度就像是这个混凝土是胖还是瘦。
如果密度大,就好像是一个很结实的大胖子,占的地方小,但是很重很结实。
还有弹性模量,这个可有点难理解啦。
你可以想象成是混凝土的弹簧属性。
就像我们玩的弹簧小玩具,弹性模量高的混凝土,就像一个比较硬的弹簧,不容易被压变形。
再比如说抗压强度,这就像我们拔河的时候,混凝土能有多大力气和别人对抗。
如果抗压强度低,就像一个小娃娃,力气小,容易被推倒。
有一次啊,有个哥哥在设计一个小房子的模型。
他把抗压强度设得很低,结果模拟的时候,屋顶上放了一点点东西,房子就塌了。
就像我们用很薄很薄的纸搭房子,稍微放点东西在上面就不行啦。
基于ABAQUS的混凝土材料非线性本构模型的研究
![基于ABAQUS的混凝土材料非线性本构模型的研究](https://img.taocdn.com/s3/m/7563b740a8956bec0975e398.png)
其中, c0 为参数,可以通过混凝土单轴和双轴受压行为定
c0=9
ε bc
3 rbcε 姨 3 - a0 + a0- 姨 2 rbcε rbcε a0- 姨 3 + c
c
c
c
c
-4a0
c
c
c c 2姨3
c
r 为单轴受压和双轴受压时 ε
pl 11
的比值, 一般为 1.28。
在受拉区, ABAQUS 提供了固定弥散裂缝模型,即认为 裂缝出现后,原有的裂缝角度不再变化,即坐标转换矩阵 R 保持不变。 其中:
0 0 0 0
0 0 0 0
0.5 (1- 2v ) 0
0.5 (1- 2v )
v v v v v v v v v v v v v v v v v v
2 钢筋的本构关系及钢筋与混凝土的粘结效应
在 ABAQUS 中,混凝土结构中的钢筋可以通过钢筋单元 (rebar ) 来实现, 可以添加单独的钢筋单元, 也可以在单元属性 中附加钢筋属性以定义组合模型的钢筋,还可以通过 Embed 方法将链杆单元或者膜单元嵌入混凝土单元中。 钢筋单元是一 维应变杆单元, 故采用双线性理想弹塑性本构模型。此模型的 特点是钢筋与混凝土之间的力学性能相互独立, 而钢筋与混凝 土两种不同材料协同工作的基本要求既是两者之间必须要有 足够的粘结强度。而在 ABAQUS 中, 钢筋与混凝土的相互作用
新 材 料 新 工 艺 研 究 与 应
和粘结滑移效应 (bond slip ) 都可以通过引入拉伸硬化 (tension ) 来进行模拟。 stiffening
、
安 徽 建 筑
3 算
例
现以钢筋混凝土单向板为例,对 ABAQUS 的分析结果进 行验证。 本构模型采用 Smeared Cracking Model, 单向板的尺寸及钢 筋布置, 如图 1 所示。 有限元模型尺寸为 381mm×381mm, 两端 简支。采用三维 8 节点缩减积分单元 CPS8R 进行单元离散化。
用于ABAQUS显式分析梁单元的混凝土单轴本构模型_王强
![用于ABAQUS显式分析梁单元的混凝土单轴本构模型_王强](https://img.taocdn.com/s3/m/f9e00325eefdc8d376ee32d0.png)
2011年7月第27卷第4期沈阳建筑大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science )Jul .2011Vol .27,No .4收稿日期:2010-12-31基金项目:住房和城乡建设部科技基金项目(2008-K1-15)作者简介:王强(1971—),男,副教授,博士,主要从事工程结构抗震研究.文章编号:2095-1922(2011)04-0679-06用于ABAQUS 显式分析梁单元的混凝土单轴本构模型王强,潘天林,刘明,李哲(沈阳建筑大学土木工程学院,辽宁沈阳110168)摘要:目的为实现采用梁单元进行钢筋混凝土杆系结构的弹塑性响应分析,对其混凝土本构关系进行二次开发,使ABAQUS 软件提供的混凝土材料模型能用于三维梁单元.方法利用ABAQUS 用户自定义材料程序VUMAT 接口,开发用于显式动力分析的梁单元混凝土单轴本构模型,并编制相应的计算程序,对低周往复加载下的钢筋混凝土柱进行数值模拟计算.结果数值模拟结果能够较好地反映轴力对钢筋混凝土构件滞回性能的影响以及钢筋混凝土柱的双向弯曲耦合性能.结论笔者所开发的混凝土本构模型能够用于多维受力状态下钢筋混凝土梁柱构件的受力行为分析,满足钢筋混凝土杆系结构动力弹塑性分析的需求.关键词:混凝土;滞回性能;本构模型;ABAQUS ;VUMAT 中图分类号:TU375.3文献标志码:AStudy on a Uniaxial Constitutive Model of Concrete for Explicit Dynamic Beam Elements of ABAQUSWANG Qiang ,PAN Tianlin ,LIU Ming ,LI Zhe(School of Civil Engineering ,Shenyang Jianzhu University ,Shenyang ,China ,110168)Abstract :In order to use the beam element of FEM software ABAQUS for analyzing the elastic-plastic dy-namic response of RC truss structures ,it is necessary to carry out a secondary development of the concrete constitutive for spatial beam element.In this paper ,a uniaxial constitutive model of concrete is established.The material subroutine of this model is successfully developed and applied to explicit dynamic module ofABAQUS by means of user-defined subroutine interface VUMAT.Afterwards ,the hysteretic performance of RC columns under cyclic loading is numerically simulated and compared with experiment results.The results show that the uniaxial constitutive model can rightly simulate the influence on the hysteretic performance of RC columns under varies axial load ,as well as the bi-axes bending coupling performance.The established model can meet the demand of analyzing the elastic-plastic dynamic response of RC frame structures.Key words :concrete ;hysteretic performance ;constitutive model ;ABAQUS ;VUMAT混凝土结构在大震作用下通常会进入塑性状态,采用弹性分析方法进行结构的受力分析不能真实反映结构实际受力情况.进行结构的动力弹塑性响应分析,特别是基于构件材料层次分析模型的弹塑性响应分析,能够较为准确地把握结构在大震作用下的非线性形态,对于评估结构的抗680沈阳建筑大学学报(自然科学版)第27卷震安全性具有重要意义.目前各国学者及工程界已开始致力于此方面的研究[1-4].通用有限元软件ABAQUS 具有较好的计算稳定性、丰富的单元材料模型以及强大的前后处理功能,目前已在结构构件的非线性分析中得到了广泛的应用[5-7],特别是其显式分析模块(ABAQUS /EXPLICIT ),由于其采用中心差分法求解动力平衡方程,计算中无需形成结构的整体刚度矩阵,具有计算收敛性好的特点,更适于结构动力弹塑性响应分析.但在ABAQUS 显式分析模块中,软件提供的混凝土材料模型不能用于三维梁单元.若采用实体单元进行高层建筑等杆系结构的整体分析,则计算工作量较大,难以满足工程计算需求.笔者基于纤维模型[8],利用ABAQUS 显式分析模块的用户自定义材料子程序VU-MAT ,对梁单元的混凝土材料模型进行二次开发,以满足结构动力弹塑性响应分析的需求.1纤维梁单元模型基于材料单轴本构关系的纤维模型是将构件沿纵向划分为若干子段,再沿构件横截面划分成纤维束.每个纤维只考虑它的轴向本构关系,且可定义不同的本构关系.柱横截面变形符合平截面假定.对截面纤维的当前状态积分就可以得到截面的双向抗弯刚度、双向抵抗矩以及轴力,进而沿杆长进行积分,就可以得到精确的杆件单元刚度矩阵.纤维模型可以自然、简单地描述构件的双向弯曲-轴力耦合效应.1.1基本假定(1)构件截面变形满足平截面假定;(2)不考虑钢筋与混凝土之间的相对滑移;(3)不考虑构件的剪切非线性及与其他变形的耦合关系.1.2单元截面刚度矩阵梁单元类型为ABAQUS 显式分析模块中的B31梁单元[9].该单元是基于铁摩辛柯(Timosh-enko )梁理论构建的,可以考虑剪切变形.B31梁单元具有两个节点,一个积分点,转角和位移采用线性插值,如图1(a )所示.采用GREEN 应变计算公式,可考虑大应变.单元质量阵为对角阵形式.采用矩形梁截面描述构件截面中的混凝土部分,将其划分为25个积分点或更多,如图1(b )所示;同时采用箱型截面按等面积原则、等位置代替截面中的钢筋,划分为16个积分点或更多,如图1(c )所示.每个积分点即为一个纤维.图1B31梁单元的积分点设置Fig.1Integration points of B31beam element假设梁单元的横截面坐标轴分别为y 、z 轴,纵向坐标轴为x 轴.由单元节点位移通过插值函数可以得到轴向积分点处变形向量d (x )={Φz (x )Φy (x )ε0(x )}T .(1)根据截面积分点的位置,由轴向积分点处变形向量可以得到纤维的应变向量ε(x )25ˑ1=H 25ˑ3d (x ).(2)其中截面纤维几何位置转换矩阵H =[H 1H 2…H 25]T,H i =[-y iz i1],i =1,2, (25)由纤维的应变向量与材料的本构关系可得截面应力向量σ=E ε,其中E 为纤维切线刚度对角阵.截面恢复力向量F (x )={M zM yN }T =H T A σ=H T AE ε=H T AEH d (x ).(3)式中:M z ,M y ,N 分别为截面上绕y 、z 轴的弯矩及轴向力;A 为纤维面积对角阵.整理可得单元截面的刚度矩阵为K sec =H T AEH .(4)运用单元形函数矩阵,可以从截面刚度矩阵推得单元刚度矩阵K e =∫lB T KsecB d x.式中,B 为单元形函数矩阵,l 为单元长度.第27卷王强等:用于ABAQUS 显式分析梁单元的混凝土单轴本构模型6812材料的本构模型2.1钢筋的本构模型钢筋在反复荷载作用下本构模型采用ABAQUS 中自带的随动强化模型[9],并考虑钢筋屈服硬化,钢筋屈服后刚度取E =0.01E 0,对应的单轴本构模型如图2所示.其中E 0为初始弹性模量,E 为屈服后弹性模量,f y 为屈服应力,εy 为屈服应变.图2钢筋的本构模型Fig.2Constitutive model of steel2.2混凝土的本构模型笔者采用基于文献[10]提出的混凝土本构模型,如图3所示.其中E c 0为原点切线模量;E cr 为损伤后弹性模量;εcm 为混凝土所经历的最大压应变;f c 为混凝土抗压强度;ε0为混凝土峰值应力所对应的应变,ε0=0.002;εu 为混凝土的极限压应变,εu =4ε0.混凝土受压骨架曲线采用Kent 和Park 所提出并由B.D.Scott 改进的混凝土应力-应变曲线[11].由于混凝土的抗拉强度很低,且在滞回过程中一旦开裂,混凝土就不能再承受拉力,因此抗拉强度对混凝土构件滞回性能影响较小[12-13].故在本构模型中忽略混凝土的抗拉强度,并忽略裂面效应影响.混凝土卸载及再加载曲线均取为直线形式.卸载时考虑刚度的退化,卸载模量按式(7)确定:E cr =E c0εc ≤ε0,E c0ε0ε()cm0.9εc >ε0{.(7)当混凝土卸载至零压应力时,如继续卸载则材料应力保持为零.若混凝土卸载至零压应力之前又开始加载,则沿原路径返回.再加载时加载曲线始终指向骨架曲线上所经历的最大应变点.若应力超过骨架曲线上的相应点,则沿骨架曲线加载.若混凝土应力在达到骨架曲线之前开始卸载,则按照所经历的最大压应变来确定卸载刚度.图3混凝土的本构模型Fig.3Constitutive model of concrete3用户自定义材料子程序(VU-MAT )实现依据前述的混凝土本构模型,笔者基于用户自定义材料子程序VUMAT 接口,编制了计算程序,并嵌入ABAQUS /EXPLICIT 模块中[9].主程序通过ABAQUS 输入文件中的关键字“*USER-MATERIAL ”来判断是否使用了用户自定义材料,并提供混凝土本构模型所需的材料参数[11].在ABAQUS 中对编制的VUMAT 子程序进行调试,来跟踪每一步调用子程序时变量的更新情况,从而及时发现所产生的错误.调试时要在com-mand 窗口中输入“abaqus -j 文件名.inp -user程序名.for -debug -explicit ”,在VISUAL STU-DIO 开发环境中打开子程序,然后设置断点进行调试.在VUMAT 中只有程序中定义的数组和变量能够进行新旧变量更替,如果另定义更新变量必须特别声明存储特性,否则子程序不会保存上一步变量数值.编程中还应避免除零问题.为保证程序编制思路的可靠性,笔者在进行混凝土本构模型开发之前,首先编制了理想弹塑性材料的VUMAT ,并与ABAQUS 自带理想弹塑性模型进行对比,得到的结果基本一致.4算例验证为充分验证模型的有效性,笔者分别对不同加载制度下的钢筋混凝土柱滞回性能进行计算分析.试件情况见文献[14],构造和配筋如图4所682沈阳建筑大学学报(自然科学版)第27卷示.各试件的加载规则见表1,其中试件SP1与SP2为笔者构造的加载制度,SP3与SP4则为文献[14]中的试件TP74和TP77.材料参数取值见表2.图4钢筋混凝土柱试件Fig.4Reinforced concrete column specimens表1算例加载制度Table 1Loading pattern of example试件编号加载图示加载规则轴力/kN备注SP1-轴向往复加载SP20无轴压单向往复侧推SP3160有轴压单向往复侧推SP4160有轴压双向往复侧推表2材料基本参数Table 2Basic parameters of materials参数项屈服强度/MPa 屈服应变泊松比弹性模量/104MPa 混凝土29.660.0020.252钢筋3570.00170.320由于采用显式动力方法进行拟静力分析,必须减小惯性力对整个构件的影响.采取的措施是降低加载速率和减小计算时步,这样可以使加速度趋近于很小,从而忽略惯性力影响.图5为计算所得试件SP1在轴向往复拉压时,ABAQUS 计算输出的角部混凝土纤维受压应力应变曲线(压为负).该曲线符合笔者所给出混凝土的本构模型,表明笔者编制的材料本构子程序是正确的.图6为试件SP2计算所得的水平加载滞回曲线.可以看出无轴压时构件的滞回曲线呈梭形,且较为饱满,属于典型的受弯构件滞回性能[15].而且对试验的“超前指向”现象也有所表现,即加载曲线并不指向前一循环的开始卸载点,而是指向前一循环的开始卸载点位移更大的一点.图5试件SP1角部混凝土纤维的应力应变关系Fig.5Stress-strain relationship of corner concrete fiber of specimenSP1图6试件SP2计算所得滞回曲线Fig.6Calculated hysteresis curve of specimen SP2图7、8分别为试件SP3的试验实测与计算所得滞回曲线,二者对比可以发现在加载初期0 20mm 时实验曲线与计算曲线基本一致,只是峰值点处计算值略小,这可能是对于混凝土受箍筋第27卷王强等:用于ABAQUS 显式分析梁单元的混凝土单轴本构模型683约束使得强度提高考虑不足.在后期加载20 60mm 时,计算所得滞回曲线较为丰满.造成此现象的原因主要是没有考虑钢筋的滑移,特别是加载后期实际构件已产生滑移,而计算模型并没有表现出来.而且采用的钢筋本构模型为线性强化模型,与真实钢筋的本构关系有一定误差,耗能能力更强一些,所以导致计算所得的滞回曲线比试验所得的曲线要饱满一些.对于试验结果中的“超前指向”现象,计算结果同样能够予以较好的描述.此外由图8与图6对比可以看出轴压力的存在使得构件极限承载力略有提高,而滞回曲线产生捏拢现象.图7试件SP3实测滞回曲线Fig.7Hysteresis curve of specimenSP3图8试件SP3计算所得滞回曲线Fig.8Calculated hysteresis curve of specimen SP3图9、10分别为试件SP4的实验与计算结果.由计算结果可以看出,当方向1保持位移恒定,方向2的加载使得方向1产生荷载跌落现象,反之亦然,这在试验曲线中有相应的体现.可以认为计算模型能够较好地反映钢筋混凝土柱的双向弯曲耦合性能.计算所得滞回曲线仍较试验曲线丰满,计算峰值略低于实验值.图9SP4试验滞回曲线Fig.9Hysteresis curve ofSP4图10SP4计算滞回曲线Fig.10Calculated hysteresis curve of SP4684沈阳建筑大学学报(自然科学版)第27卷5结论(1)笔者建立的模型可以正确反映轴力对钢筋混凝土构件滞回性能的影响,能够较好地模拟钢筋混凝土柱的双向弯曲耦合性能以及滞回曲线中的超前指向与捏拢现象,可以用于多维受力状态下钢筋混凝土梁柱构件的受力行为分析,能够满足空间框架结构动力弹塑性分析的需求.(2)采用箱型截面等效代替考虑钢筋混凝土杆件中的钢筋,有效地解决了杆件采用梁单元模型时难以考虑钢筋作用的问题.(3)由于采用的模型未考虑钢筋的滑移,对整个结果的精确性有一定的影响,有待于进一步研究.参考文献:[1]秦从律,张爱晖.基于截面纤维模型的弹塑性时程分析方法[J].浙江大学学报,2005(7):1003-1008.(Qin Conglü,Zhang Aihui.Non linear time historyanalysis based on section fiber model[J].Journal ofZhejiang University(Engineering Science),2005(7):1003-1008.)[2]Li Kangning.3-D Analysis of RC f rame-w al l building damaged in the1995hyogoken-nanbu earth-quake[C]//Process of the12th World Conference onEarthquake Engineering,New Zealand:Auckland,2000.[3]Mazzoni S,Mckenna F,Scott M H,et al.Opensees command language manual[R].PEER,Berkeley:U-niversity of California,2004.[4]汪训流,陆新征,叶列平.往复荷载下钢筋混凝土柱受力性能的数值模拟[J].工程力学,2007(12):76-81.(Wang Xunliu,Lu Xinzheng,Ye Lieping.Numericalsimulation for the hysteresis behavior of RC columnsunder cyclic loads[J]Engineering Mechanics,2007,24(12):76-81.)[5]王金昌,陈页开.ABAQUS在土木工程中的应用[M].杭州:浙江大学出版社,2006.(Wang Jinchang,Chen Yekai.Application ofABAQUS in civil engineering[M].Hangzhou:Zhe-jiang University Press,2006.)[6]Navalurkar R K,Hsu C T.Fracture analysis of high strength concrete members[J].Journal of Materialsin Civil Engineering,2001,13(3):185-193.[7]Chung W,Sotelino E D.Nonlinear finite-element a-nalysis of composite steel girder bridges[J].Journalof Structural Engineering,2005,131(2):304-313.[8]Spacone E,Fillippou F C,Taucer F.Fiber beam-col-umn model for non-liner analysis of R/C frames[J].Journal of Earthquake Engineering and Structur-al Dynamics,1996,25:711-725.[9]庄茁,由小川,廖剑辉,等.基于ABAQUS的有限元分析和应用[M].北京:清华大学出版社,2009.(Zhuang Zhuo,You Xiaochuan,Liao Jianhui,et al.FEM analysis and application based on ABAQUS[M].Beijing:Tsinghua University Press,2009.)[10]王强,吕西林,雷淑忠.离散单元法在钢筋混凝土构件非线性分析的应用[J].沈阳建筑大学学报:自然科学版,2005(2):91-95.(Wang Qiang,Lu Xilin,Lei Shuzhong.Applicationof the DEM on the nonlinear analysis of reinforcedconcrete members[J].Journal of Shenyang JianzhuUniversity:Natural Science,2005(2):91-95.)[11]Scott B D,Park R,Priestley M J N.Stress-strain be-havior of concrete confined overlapping hoops at lowand high strain rates[J].ACI Journal,1982,79(1):13-27.[12]Légeron F,Paultre P.Uniaxial confinement model for normal and high-strength concrete columns[J].Jour-nal of Structural Engineering,2003,129(2):241-252.[13]Mander J B,Priestley M J N,Park R.Theoretical stress-strain model for confined concrete[J].Journalof Structural Engineering,1988,114(8):1804-1825.[14]Kawashima K,Watanabe G,Hayakawa R.Seismic performance of RC bridge columns subjected to bi-lateral excitation[C]//Proc.35th joint meeting,pan-el on wind and seismic effects,Japan:Tsukuba Sci-ence City,2003.[15]张新培.钢筋混凝土抗震结构非线性分析[M].北京:科学出版社,2003.(Zhang Xinpei.Nonlinear seismic study on rein-forced concrete structures[M].Beijing:SciencePress,2003.)。
abaqus混凝土本构解析PPT教学课件
![abaqus混凝土本构解析PPT教学课件](https://img.taocdn.com/s3/m/d7a3bfd1581b6bd97e19ea27.png)
介绍
• 混凝土容器构造
第7页/共55页
介绍
• 钢筋混凝土 • 建模:混凝土模型+钢筋模型+混凝土和钢筋的相互作用
ABAQUS中分别定义混凝土本构和钢筋的本构关系。 Concrete和rebar 的相互作用,粘结滑动(bond slip) and 暗销作
用(dowel action)都可以通过引入拉伸硬化(tension stiffening) 模拟
第23页/共55页
加强筋(钢) 在ABAQUS中的应用
第24页/共55页
加强筋(钢)在ABAQUS中的应用
• define rebar in beam elements: • Isoparametric rebar in three-dimensional membrane/shell elements:
• A number of improvements have been made to simplify rebar definition and provide rebar visualization in ABAQUS/CAE.
• A new *REBAR LAYER option is introduced to define one or multiple layers of reinforcement in membrane, shell, or surface elements.
• 混凝土损伤模型 (ABAQUS Version 6.3)
• 高压力混凝土的本构关系
•
model
第19页/共55页
Smeared Cracking Model (ABAQUS/Standard)
• 用于描述 单调应变 在材料中表现出拉伸裂纹或者压缩时破碎的行 为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
14 ABAQUS中的混凝土本构模型4.1 概述A wide variety of materials is encountered in stress analysis problems, and for any one of these materials a range of constitutive models is available to describe the material's behavior. For example, a component made from a standard structural steel can be modeled as an isotropic, linear elastic, material with no temperature dependence. This simple model would probably suffice for routine design, so long as the component is not in any critical situation. However, if the component might be subjected to a severe overload, it is important to determine how it might deform under that load and if it has sufficient ductility to withstand the overload without catastrophic failure. The first of these questions might be answered by modeling the material as a rate-independent elastic, perfectly plastic material, or—if the ultimate stress in a tension test of a specimen of the material is very much above the initial yield stress—isotropic work hardening might be included in the plasticity model. A nonlinear analysis (with or without consideration of geometric nonlinearity, depending on whether the analyst judges that the structure might buckle or undergo large geometry changes during the event) is then done to determine the response. But the severe overload might be applied suddenly, thus causing rapid straining of the material. In such circumstances the inelastic response of metals usually exhibits rate dependence: the flow stress increases as the strain rate increases. A ―viscoplastic‖ (rate-dependent) material model might, therefore, be required. (Arguing that it is conservative to ignore this effect because it is a strengthening effect is not necessarily acceptable—the strengthening of one part of a structure might cause load to be shed to another part, which proves to be weaker in the event.) So far the analyst can manage with relatively simple (but nonlinear) constitutive models. But if the failure is associated with localization—tearing of a sheet of material or plastic buckling—a more sophisticated material model might be required because such localizations depend on details of the constitutive behavior that are usually ignored because of their complexity (see, for example, Needleman, 1977). Or if the concern is not gross overload, but gradual failure of the component because of creep at high temperature or because of low-cycle fatigue, or perhaps a combination of these effects, then the response of the material during several cycles of loading, in each of which a small amount of inelastic deformation might occur, must be predicted: a circumstance in which we need to model much more of the detail of the material's response.So far the discussion has considered a conventional structural material. We can broadly classify the materials of interest as those that exhibit almost purely elastic response, possibly with some energy dissipation during rapid loading by viscoelastic response (the elastomers, such as rubber or solid propellant); materials that yield andexhibit considerable ductility beyond yield (such as mild steel and other commonly used metals, ice at low strain rates, and clay); materials that flow by rearrangement of particles that interact generally through some dominantly frictional mechanism (such as sand); and brittle materials (rocks, concrete, ceramics). The constitutive library provided in Abaqus contains a range of linear and nonlinear material models for all of these categories of materials. In general the library has been developed to provide those models that are most usually required for practical applications. There are several distinct models in the library; and for the more commonly encountered materials (metals, in particular), several ways of modeling the material are provided, each suitable to a particular type of analysis application. But the library is far from comprehensive: the range of physical material behavior is far too broad for this ever to be possible. The analyst must review the material definitions provided in Abaqus in the context of each particular application. If there is no model in the library that is useful for a particular case, Abaqus/Standard contains a user subroutine—UMAT—and, similarly, Abaqus/Explicit contains a user subroutine—VUMAT. In these routines the user can code a material model (or call other routines that perform that task). This ―user subroutine‖ capability is a powerful resource for the sophisticated analyst who is able to cope with the demands of programming a complex material model.Theoretical aspects of the material models that are provided in Abaqus are described in this chapter, which is intended as a definition of the details of the material models that are provided: it also provides useful guidance to analysts who might have to code their own models in UMAT or VUMAT.From a numerical viewpoint the implementation of a constitutive model involves the integration of the state of the material at an integration point over a time increment during a nonlinear analysis. (The implementation of constitutive models in Abaqus assumes that the material behavior is entirely defined by local effects, so each spatial integration point can be treated independently.) Since Abaqus/Standard is most commonly used with implicit time integration, the implementation must also provide an accurate ―material stiffness matrix‖ for use in fo rming the Jacobian of the nonlinear equilibrium equations; this is not necessary for Abaqus/Explicit.The mechanical constitutive models that are provided in Abaqus often consider elastic and inelastic response. The inelastic response is most commonly modeled with plasticity models. Several plasticity models are described in this chapter. Some of the constitutive models in Abaqus also use damage mechanics concepts, the distinction being that in plasticity theory the elasticity is not affected by the inelastic deformation (the Young's modulus of a metal specimen is not changed by loading it beyond yield, until the specimen is very close to failure), while damage models include the degradation of the elasticity caused by severe loading (such as the loss of elastic stiffness suffered by a concrete specimen after it has been subjected to large uniaxial compressive loading).2In the inelastic response models that are provided in Abaqus, the elastic and inelastic responses are distinguished by separating the deformation into recoverable (elastic) and nonrecoverable (inelastic) parts. This separation is based on the assumption that there is an additive relationship between strain rates:where is the total strain rate, is the rate of change of the elastic strain, and isthe rate of change of inelastic strain.A more general assumption is that the total deformation, , is made up of inelasticdeformation followed by purely elastic deformation (with the rigid body rotation added in at any stage in the process):In ―The additive strain rate decomposition,‖ Section 1.4.4, the circumstances are discussed under which Equation 4.1.1–1is a legitimate approximation to Equation 4.1.1–2. We conclude that, if1.the total strain rate measure used in Equation 4.1.1–1is the rate ofdeformation:where is the velocity and is the current spatial position of a material point;and2.the elastic strains are small,then the approximation is consistent. Abaqus uses the rate of deformation as the strain rate measure in finite-strain problems for this reason. (The distinction between different strain measures matters only when the strains are not negligible compared to unity; that is, in finite-strain problems.) The elastic strains always remain small for many materials of practical interest; for example, the yield stress of a metal is typically three orders of magnitude smaller than its elastic modulus, implying elasticstrains of order . However, some materials (polymers, for example) can undergo large elastic straining and also flow inelastically, in which case the additive strain rate decomposition is no longer a consistent approximation.Various elastic response models are provided in Abaqus. The simplest of these is linear elasticity:where is a matrix that may depend on temperature but does not depend on the deformation (except when such dependency is introduced in damage models). This elasticity model is intended to be used for small-strain problems or to model the elasticity in an elastic-plastic model in which the elastic strains are always small.An extension of the elastic type of behavior is the hypoelastic model:where now may depend on the deformation. In this case the elasticity may be nonlinear, but the implementation in Abaqus still assumes that the elastic strains will always be small. In porous and granular media, the elastic properties are strongly dependent on the volume strain; porous elastic behavior is described in ―Porous elasticity,‖ Section 4.4.1.The most general type of nonlinear elastic behavior is the hyperelastic model, in which we assume that there is a strain energy density potential—U—from which the stresses are defined (to within a hydrostatic stress value if the material is fully incompressible) bywhere and are any work conjugate stress and strain measures. This form of elasticity model is generally used to model elastomers: materials whose long-term response to large deformations is fully recoverable (elastic). The hyperelasticity modeling provided in Abaqus is described in ―Large-strain elasticity,‖ Section 4.6. The hyperelasticity models cannot be used with the plastic deformation models in the program, but can be combined with viscoelastic behavior, as described in ―Finite-strain viscoelasticity,‖ Section 4.8.2.The plasticity models offered in Abaqus are discussed in general terms in ―Plasticity overview,‖ Section 4.2. Both rate-independent and rate-dependent models, with and without yield surfaces, are offered. Models are included in the program that are intended for applications to metals (―Metal plasticity,‖ Section 4.3) as well as some nonmetallic materials such as soils, polymers, and crushable foams (―Pl asticity for non-metals,‖ Section 4.4). The jointed material model (―Constitutive model for jointed materials,‖ Section 4.5.4) and the concrete model (―An inelastic constitutive model for concrete,‖ Section 4.5.1) also include plasticity modeling.The constitutive routines in Abaqus exist in a library that can be accessed by any of the solid or structural elements. This access is made independently at each ―constitutive calculation point.‖ These points are the numerical integration points in the elements. Thus, the constitutive routines are concerned only with a single calculation point. The element provides an estimate of the kinematic solution to the problem at the point under consideration. These kinematic data are passed to the constitutive routines as the deformation gradient——or, more typically, as the strain and rotation increments—and . The constitutive routines obtain the state atthe point under consideration at the start of the increment from the ―material point data base.‖ The state variables include the stress and any state variables used in the constitutive models—plastic strains, for example. The constitutive routines also look up the constitutive definition. Their function then is to update the state to the end of the increment and, if the procedure uses implicit time integration and if Newton's method is being used to solve the equations, to define the material contribution to theJacobian matrix, . For material models that are defined in rate form and, therefore, require integration (such as incremental plasticity models), this Jacobian contribution depends on the model and also on the integration method used for the model. Its derivation is, therefore, discussed in some detail in the sections that define such models.Reference―Material library: overview,‖ Section 18.1.1 of the Abaqus Analysis User's Manual。