考虑损伤累积的圆钢管本构模型力学行为特点与数值分析

• Published in: 工程科学与技术 Vol. 55; no. 4; pp. 179 - 187
• Main Authors: 贺盛, 周奕彤, 夏鑫, 杨红涛, 于鹏
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 广西大学 广西防灾减灾与工程安全重点实验室,广西 南宁 530004 01.07.2023; 广西大学 工程防灾与结构安全教育部重点实验室,广西 南宁 530004%广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁 530004%广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁 530004; 广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁 530004; 广西大学 工程防灾与结构安全教育部重点实验室,广西 南宁 530004; 广西博世科环保科技股份有限公司,广西 南宁 530007
• Subjects: damage accumulation; 损伤积累; circular steel pipe; 力学行为特点; 用户材料子程序; 圆钢管; 应力跌落; numerical integration scheme; user-defined material subroutine; stress-drop; 数值积分格式; mechanical performance
• ISSN: 2096-3246
• DOI: 10.15961/j.jsuese.202200026

TU393; 由于单层网壳结构主要以圆钢管为主,因此圆钢管本构模型更适用于研究单层网壳结构的力学行为.为探究材料损伤累积对单层网壳结构动力响应的影响,本文以圆钢管考虑损伤累积的本构模型为研究对象,通过与Prandtl-Reuss材料本构模型在屈服准则、弹性刚度矩阵、弹塑性刚度矩阵、加载准则、流动法则及应力跌落等方面的对比,分析其力学行为特点,给出其数值积分格式,并基于有限元软件ANSYS开发了考虑损伤累积的用户材料子程序,采用该子程序研究单层网壳在强震作用下的动力响应.结果表明:Prandtl-Reuss材料模型高估了单层网壳结构的抗震性能,考虑材料损伤累积的结构失效时,结构动力极限荷载相比于P-R模型降低了12.24%,绝大多数杆件全截面屈服,形成大量塑性区带.一方面,损伤累积效应会降低结构的动力极限荷载,扩大损伤分布,加深损伤程度,加速结构破坏进程;另一方面,也将造成结构的失效模式由动力失稳向强度破坏转变.本文基于有限元软件ANSYS开发的考虑圆钢管损伤累积的材料子程序具有较高的计算精度,且其数值积分策略及用户材料子程序有效、可行,能够为单层网壳结构的抗震性能提供更加精确的分析与工程设计.