| 【JY】ABAQUS正交各向异性弹性本构模型 | 您所在的位置：网站首页 › 轴向位移工作原理 › 【JY】ABAQUS正交各向异性弹性本构模型 |
【JY】ABAQUS正交各向异性弹性本构模型
|
材料的线弹性本构模型能够很好的描述处于工作荷载水平下的材料性能情况，后续材料的塑性理论也需要在弹性本构模型的基础上进行开展。由于砌体结构所采用的砌体材料具有明显的正交各项异性，故先从正交各向异性弹性入手，根据弹性理论中的正交各向异性弹性理论，建立砌体的正交各向异性弹性本构模型，并将该弹性本构模型写入Abaqus的材料子程序UMAT中，与Abaqus中自带的正交各向异性弹性本构模型进行对比验证，为后续砌体的正交各向异性弹塑性本构模型做好准备。 一、正交各向异性弹性基本理论砌体的弹性各向异性主要是由其不同弹性特性的材料组分引起的（同样研究复合材料时也可能会遇到相同问题）。当通过不同的方向测量砌体，会得到不同的砌体的弹性特性。属于典型的正交各向异性材料，本文先从其平面正交各向异性弹性特性入手。 在正交各向异性材料的分析中，需要使用两个坐标系统：材料坐标系统与整体坐标系统。以砌体为例，材料坐标是指由平行于砂浆接缝（1轴）和垂直于砂浆接缝（2轴）所形成的坐标系统。整体坐标系统指的是在结构体系下，平行于水平面（x轴）与垂直于水平面（y轴）所形成的坐标系统。材料坐标与整体坐标间的夹角为θ，二者的关系如下图1所示：
正交各项异性材料具有三个互相垂直坐标轴的材料弹性对称性，将坐标轴x、y和z分别垂直于三个材料对称，并要求绕这些轴转动180°之后弹性性能不发生改变，由此XX中的常数具有一定的关系。在这种情况下，x、y、z称为材料的主轴，同时材料弹性对称性要求四阶张量满足以下条件： 
对于完整的正交各向异性材料，其三维弹性应力应变关系西要定义， 其中: 当研究问题为平面应力问题时，砌体结构单元的平面应力状态为σ3= 0，根据图1 所示的坐标关系示意图，以上的本构张量缩减为2×2矩阵，具体如下： 由于平面内受力可以涵盖绝大多数砌体在真实结构中的受力情况，故以平面问题为例，建立二维平面墙板二维有限元模型，如下图所示： 根据前述正交各向异性弹性的基本理论，给定材料基本力学参数，如下表1所示： 表1 单位: MPa E1E2v12G12G13G23300020000.19008001000上表中给出G13和G23，但未在正交各向异性弹性本构张量中予以应用，但在Abaqus中用于计算其横向剪切变形，在厚度较小时可忽略。 将Abaqus中自带的正交各向异性弹性本构模型与根据弹性理论编写的正交各向异性弹性子程序UMAT计算结果进行对比，并且改变材料坐标与整体坐标之间的夹角，共进行三个工况，夹角分别为：30°、45°和60°，具体结果如下（以下左图为编写的 UMAT 本构，右图为 Abaqus 自带本构）： 应力应变曲线 夹角30度结果：
夹角45度结果：
夹角60度结果：
顶点位移
夹角30度 结果：
夹角45度 结果：
夹角60度 结果：
位移分布
夹角30度 结果：
夹角45度 结果：
夹角60度 结果：
应力分布
夹角30度 结果：
夹角45度 结果：
夹角60度 结果：
结论
根据以上对比结果可知，根据正交各向异性弹性理论所编写的UMAT子程序与Abaqus自带的正交各向异性本构模型计算结果一致（应力应变曲线、顶点位移、位移分布、应力分布），可用于后续弹塑性本构模型中的弹性本构。 关注 建源学堂 公众号，回复“正交各向异性代码”可获取源代码下载链接。 完更多精彩，关注建源学堂！ 【往期精彩】# 性能分析 【JY】基于性能的抗震设计浅析（一） 【JY】基于性能的抗震设计浅析（二） 【JY】浅析消能附加阻尼比 【JY】近断层结构设计策略分析与讨论 【JY】浅析各动力求解算法及其算法数值阻尼(人工阻尼)理念 【JY|体系】结构概念设计之(结构体系概念) 【JY|理念】结构概念设计之(设计理念进展) 【JY|减震】结构概念之(消能减震黏滞阻尼器) 【JY|隔震】结构概念设计之（隔震概念设计） 【JY】有限单元分析的常见问题及单元选择 【JY】结构动力学之显隐式 【JY】浅谈结构设计 【JY】浅谈混凝土损伤模型及Abaqus中CDP的应用 【JY】浅谈混凝土结构/构件性能试验指标概念（一） 【JY】浅谈混凝土结构/构件性能试验指标概念（二） 【JY】橡胶系支座/摩擦系支座全面解析 【JY】《公路桥梁抗震性能评价细则》宣贯PPT 【JY】减隔震设计思考：隔震篇 【JY】浅析基于性能的抗震分析方法——性能设计 # 概念机理 【JY】基于Ramberg-Osgood本构模型的双线性计算分析 【JY】结构动力学初步-单质点结构的瞬态动力学分析 【JY】从一根悬臂梁说起 【JY】反应谱的详解与介绍 【JY】结构瑞利阻尼与经济订货模型 【JY】主成分分析与振型分解 【JY】浅谈结构多点激励之概念机理（上） 【JY】浅谈结构多点激励之分析方法（下） 【JY】板壳单元的分析详解 【JY】橡胶支座的简述和其力学性能计算 【JY】振型求解之子空间迭代 【JY】橡胶支座精细化模拟与有限元分析注意要点 【JY】推开土木工程振型求解之兰索斯法(Lanczos法)的大门 【JY】基于OpenSees和Sap2000静力动力计算案例分析 【JY】建筑结构施加地震波的方法与理论机理 【JY】力荐佳作《结构地震分析编程与应用》 【JY】ABAQUS子程序UEL的有限元原理与应用 【JY】钢筋混凝土正截面极限承载力设计的基本原理和快速计算方法 【JY】消能减震黏滞阻尼器的力学原理与应用 【JY】力荐 | 区域建筑地震安全性有限元分析示例 # 软件讨论 【JY】减隔震元件计算表格分享【JY】复合材料分析利器—内聚力单元 【JY】SDOF计算教学软件开发应用分享 【JY】Abaqus案例—天然橡胶隔震支座竖(轴)向力学性能 【JY】Abaqus6.14-4如何关联fortran？ 【JY】如何利用python来编写GUI？ 【JY】如何解决MATLAB GUI编程软件移植运行问题？ 【JY】浅谈结构分析与设计软件 【JY|STR】求解器之三维结构振型分析 【JY】SignalData软件开发应用分享 【JY】基于Matlab的双线性滞回代码编写教程 【JY】动力学利器 —— JYdyn函数包分享与体验 【JY】混凝土分析工具箱：CDP模型插件与滞回曲线数据 【JY】结构工程分析软件讨论（上） 【JY】结构工程分析软件讨论（下） 【JY】各类有限元软件计算功能赏析与探讨 【JY】ETABS与Perform3D弹塑性分析功能对比示例 【JY】自建9000条高质量人工波可供下载 【JY】代码|极简反应谱分析 #其他 【JY】位移角还是有害位移角？ 【JY】如何利用python来编写GUI？ 【JY】今日科普之BIM |
图1 正交各向异性材料的材料坐标(1-2)与整体坐标(x-y)示意图
上图所示平面墙板的几何尺寸为: 100mm × 100mm × 2mm~【本文地址】