ABAQUS使用例题
*Concrete tension stiffening
2030.1, 0
2010., 0.0000282563
1232.19, 0.00014944
849.073, 0.000257466
660.524, 0.000359008
548.371, 0.000458002
473.404, 0.000555757
同理,依样设定加载梁的尺寸,得到加载梁部件。
这样,第一步部件尺寸设定就完成了。
图4
第二步:部件使用材料的设定
加载梁使用c50混凝土,砌体使用与实验相对应的材料参数。
由于模拟是针对砌体,所以不考虑加载梁的塑性,因此加载梁只设定密度和弹性。
而砌体则以混凝土塑性损伤本构模型来模拟,要设定密度、弹性、混凝土损伤塑性。
看本例题之前,请务必先找着文献[1]中P75——P101中提供的例题完全照做一遍,以熟悉基本的操作流程。
下面是本例题的操作过程,模拟一片砌体墙片的滞回实验。
第一步:模型部件的建立
进入ABAQUS(中文版),在左方菜单中,选择“部件”,鼠标右键点击一下,选择“创建”,进入模型的部件创建菜单。模型中往往有一个或者多个部件构成。如图1,设定部件名称,其他选项如图1所示。
以上内容中混凝土材料参数的设定参见资料[2],砌体材料参数的设定参见资料[3]。
第三步:将材料属性赋予模型
设定了材料参数后,还要对将材料参数“赋予”模型。其操作菜单如图5
图5
首先建立两个界面SECTION-1和SECTION-2如图5左边红框所示,将两种材料(C50混凝土与砌体材料)“注入”SECTION-1和SECTION-2中,然后点击右边红框中的图标,选择截面所要“赋予”的对象,即可完成材料参数赋予模型的操作。
表1弹性模量
C25
C30
C35
C40
C45
C50
2.8E7
3E7
3.15E7
3.25E7
3.35E7
3.25E7
C55
C60
C65
C70
C75
C80
3.55E7
3.6E7
3.65E7
3.7E7
3.75E7
3.8E7
(2)泊松比,统一取0.2 (参阅(2)的4.1.8)
(3)剪切模量:按(2)表4.1.5中的0.4倍采用(参阅(2)的4.1.8).
在频率一项中,每N个增量的选项中设定为2。这里的作用是每两个子步数只记录其中一个子步的结果,这样在运算步数较多,且每步的子步数较多的情况下可以有效减小计算结果的数据量,节省存储空间。当然,此选项也可以设定为1,这样结果精度相对略高一些。但是在步数和子步数较多的情况下,这么做意义不大。
第九步:进行计算
20100.,0.000801898
14636.6, 0.00245591
10073.3, 0.00407992
7500.85, 0.00563756
5931.13, 0.00716179
4889.86, 0.00866839
4153.49, 0.0101648
3607.,0.011655
3186.09, 0.0131409
图7
图8
图9
切好了以后,需要选择“绑定”约束的主面和从面,主面选择梁底面,从面选择砌体顶面。但是选择的时候两个面试重合的,因此需要先把加载梁单独选取出来选好加载梁底面,再把砌体单独选取出来选取好砌体顶面,最后再还原。
单独选取一个部件拿出来显示的操作如图10,按照图10中1,2,3步骤来做即可选取出加载梁进行单独显示。
B:单轴受拉,其应力-应变关系方程如下(参阅(2)C.2.2, P208):
当 时
当 时
在0–ft的应力范围为线弹性,其弹性模量按表1.大于ft为塑性范围,应力-塑性应变关系如下:
据此得到下列各等级混凝土材料在拉和压屈服后的应力(kN/m2)-塑性应变关系:
*Material, Name=C25
*Concrete compression hardening
2222., 0
2200., 0.0000301427
1253.05, 0.000160189
834.315, 0.000273466
638.442, 0.000379668
524.938, 0.000483255
450.278, 0.000585609
397.041, 0.000687284
356.924, 0.000788541
第八步:设定所需要输出的数据
操作菜单如图14,一般这种拟静力的模拟只需输出“场数据”即可,历程输出是动力分析所需要的,这里不涉及到。
图14
要能够总结出滞回曲线,必须能够计算出按位移控制的受力面上受到的总和力。
因此,场输出数据的选择如图15。
图15
一定要把“合力与合力矩”选项,以及“位移/速度/加速度”中的子选项“平移和转动”选上。
但是在有限元模拟中,只需要要通过位移控制,就可以得到的滞回曲线以及相关骨架曲线,且更简便。因此在有限元模拟中,侧向力采用位移控制即可。
因此,ABAQUS中的荷载菜单只有一项,即加载梁顶面荷载0.5MPA。边界条件可用于位移控制,有多项,如图13所示。
鼠标右键点击“边界条件”,选择“管理器”,得到操作菜单如图13。
对于实验来说,加载梁是牢牢固定在气体墙之上的,因此新建一个约束,属性选择“绑定”,将加载梁与砌体牢牢固定在一起。
在设定约束的时候需要几个问题要注意,两个接触面之间最好面与面大小形状一摸一样,如本例题中,加载梁明显比砌体长出一截,加载梁底面与砌体顶面不是完全重合的,如图8所示。这时候怎么办呢?这时候要采用拆分几何元素这项功能,如图9中红框的图标所示,最后切出的加载梁底面与砌体墙顶面刚好重合。
鼠标右键点击“作业”,选择“新建”,自己任意命名一个任务名,如图16。此任务就会把先前各步骤所设定好的属性“打包”,制作成一个启动项,点击运行,即可进行运算,其操作流程是鼠标右键点击“作业”——管理器——提交。如图17。
图16
图17
当然,运行前也可以先进行数据检查,看看模型能否正常运行,如果意外中断则说明模型还有问题,无法正常计算,需要检查并修正。
图1
然后中间的主操作界面出现,如图2。
此平面默认的在平行于计算机显示器的方向为XY平面,我们如图2,按照现实中墙体立面的尺寸画出墙体立面框,然后点击“完成”,弹出的菜单如图3.
图2
图3
此处的“深度”一项就是设定墙体部件的厚度,输入0.24(墙体厚度0.24m),点击确定。于是得到了墙体部件的基本视图如图4所示。
325.457, 0.000889524
109.188, 0.00399589
*Material, Name=C40
*Concrete compression hardening
(4)密度(2): 2.5T/m3
(5)单轴应力-应变关系
混凝土材料轴心抗压和轴心抗拉强度标准值按(2)表4.1.3采用.
A:单轴受压,其应力-应变关系方程如下(参阅(2)C.2.1, P206):
当 时
当 时
在0–0.7fc的应力范围为线弹性,其弹性模量按表1.大于0.7fc为塑性范围,应力-塑性应变关系如下:
图10
第七步:设定荷载与边界条件
荷载与边界条件的初始图标如图11
图11
荷载,顾名思义,就是施加在构件上的荷载。边界条件,就是构件某一部分位移状态的设定。比如砌体底部固定于地面,此时砌体底部的边界条件就是完全固定,设定如图12。
图12
实验当中,荷载有两种,一种是施加于加载梁顶面的荷载,固定为0.5MPA,一种是施加于梁侧面的荷载,为反复作用并且增大的推拉力,以求取得砌体滞回曲线。试验中的侧向荷载一开始是按照力控制,后面根据位移控制。
419.357, 0.000652815
378.298, 0.00074944
345.892, 0.000845777
118.271, 0.00380631
*Material, Name=C35
*Concrete compression hardening
16380., 0
23400., 0.000789431
3974.73, 0.011099
3540.4, 0.0125197
*Concrete tension stiffening
1797.8, 0
1780., 0.000025515
1191.06, 0.000135635
859.483, 0.000236563
684.527, 0.000331898
576.455, 0.000424844
第十步:数据整理
计算完毕后,会自动跳到结果一项,你也可以再重新启动ABAQUS后,手动转至结果一项,打开想要的结果数据库,如图18。
注意图18中的四个红框,要想得到滞回曲线,必须先取的反复推拉力的作用面上受力结果。
双击“XY数据”,选择“ODB场变量输出”,再选择“唯一节点的”,最后选在“TF1”。
图13
可以看到图13中,BC-1是在默认初始步就存在,并且一直传递下去的。这是因为BC-1是砌体底面的固定边界条件,从初始就存在,并且持续到整个实验模拟的结束。
而s1到s12是每一步加载的位移控制,是一推一拉这样反复交替的荷载,只在当前步作用,因此后续步都关闭了,是“未激活”状态。
这就好比,试验中,将构件向推一毫米,不可能同时又保留了上一步所进行的拉0.5毫米的状态。
应力(kN/m2)塑性应变
11690.,0
16700.,0.000808693
13239.8, 0.00233739
9841.27, 0.00386389
7674.36, 0.0053464