高强轻骨料混凝土弹塑性损伤本构模型研究

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1、分类号:TU3110710-2015128044硕士学位论文高强轻骨料混凝土弹塑性损伤本构模型研究施少阳导师姓名职称雷拓副教授申请学位类别工学硕士学科专业名称结构工程论文提交日期2018年4月20日论文答辩日期2018年6月1日学位授予单位长安大学ReseachonelastoplasticdamagemodelofhighstrengthlightweightaggregateconcreteAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ShiShaoyangSupervisor：AssociateProf.LeiTuoChang’anUnive

2、rsity,Xi’an,China摘要近年来，随着建筑结构向超高层、大跨度方向发展，对建筑材料性能提出了更高的要求。高强轻骨料混凝土作为一种绿色建筑材料以其轻质高强、保温性好、耐久性好等优点得到了广泛的应用。已有研究表明高强轻骨料混凝土的破坏机理与普通混凝土相比存在着显著差异，现有的数值方法不能很好地模拟其内力变化和变形特征，深入研究轻骨料混凝土材料力学性能，建立考虑材料硬化、损伤等特征的材料模型对推广轻骨料混凝土在结构中的应用具有重要的理论意义和实际价值。本文在塑性力学理论和连续介质损伤力学理论的基础上，推导出了轻骨料混凝土基于Drucker-Prager屈服准则的弹塑性损伤本构模型；基于该

3、模型将损伤演化和塑性变形进行解耦建立了模型的弹性预测-塑性修正-损伤修正数值分析框架，给出了具有无条件稳定的应力更新算法和相应的一致性切线刚度模䟿算法；利用ABAQUS提供的用户材料子程序接口UMAT，开发了材料子程序并进行验证，主要研究内容和结论如下：(1)选用参数标定简单并且能够很好᧿述岩石类材料屈服特征的Drucker-Prage双塑性屈服面，其中剪切屈服面采用双曲线函数形式，体积屈服面采用椭圆函数形式。采用拉、压两个损伤变䟿及刚度恢复因子用于考虑拉、压不对称性，根据有效应力空间的塑性力学确定了弹塑性Helmholtz自由能，由此推出了弹塑性损伤能释放率，建立了符合热力学原理的损伤准则。

4、(2)针对提出的弹塑性损伤本构模型，将塑性部分和损伤部分进行解耦，⇿一增䟿步拆分成弹性、塑性和损伤三部分，采用具有无条件稳定的向后欧拉算法进行应力更新并给出了一致性切线刚度的算法，然后运用FORTRAN编程语言，基于ABAQUS二次开发平台，编制了材料UMAT子程序。(3)运用UMAT子程序对单轴受压立方体试块进行模拟，将数值模拟结果与理论曲线进行对比，表明本文所编制子程序的正确性；针对强度等级为LC50的轻骨料混凝土棱柱体受压试验，建立与之条件相符的有限元模型，调用所编写的UMAT子程序进行有限元模拟，通过对比模拟和试验结果，验证了所编制的UMAT子程序开发思路正确、计算精度满足要求。关键词

5、：二次开发，向后欧拉算法，轻骨料混凝土，弹塑性损伤本构模型iAbstractInrecentyears,withthedevelopmentofbuildingstructuresinthedirectionofsuperhigh-riseandlargespan,higherrequirementshavebeenplacedontheperformanceofbuildingmaterials.Asagreenbuildingmaterial,high-strengthlightweightaggregateconcretehasbeenusedmoreandmorewidelybecau

6、seofitsadvantagessuchashighstrength,goodheatpreservation,gooddurabilityandsoon.Therearesignificantdifferencesinthedamagemechanismcomparedwithordinaryconcrete,sotheexistingnumericalmethodscannotsimulateitsinternalforcevariationanddeformationcharacteristicswell.Ithasgreattheoreticalandpracticalvaluest

7、oin-depthstudyofthemechanicalpropertiesoflightweightaggregateconcretematerialsandestablishamaterialmodelconsideringthecharacteristicsofthematerialhardening,damage,etc.Basedonthetheoryofplasticmechanic