ABAQUS中剪胀角的选取探讨_郝明辉.pdfVIP

水 利 学 报 2012年10月 SHUILI XUEBAO 第43卷 增刊1 文章编号：0559-9350（2012）增刊1-0091-07 ABAQUS 中剪胀角的选取探讨 郝明辉，陈厚群，张艳红 （中国水利水电科学研究院 工程抗震研究中心，北京 100048） 摘要：混凝土、岩土等摩擦型材料，其强度特性参数指标的选取至关重要。而当前对剪胀角存在模糊认识，导致 在理论分析和数值计算中常会产生较大的误差。研究材料的本构关系时，常会根据材料的特性对混凝土、岩土等 摩擦型材料采用非关联流动法则，即剪胀角ψφ（摩擦角）。有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型也采 用该法则，设置了剪胀角参数，但剪胀角到底如何取值，目前尚无定论。本文从实验和理论两方面对剪胀角取值 进行分析，并探讨剪胀角对坝体地震反应的影响。 关键词：摩擦型材料；剪胀角；非关联流动法则；混凝土损伤塑性模型 中图分类号：TU375 文献标识码：A 1 研究背景 在水工结构和岩土工程中，混凝土、岩土等摩擦型材料的力学行为已被广泛研究。研究表明， 此类材料在加载变形过程中经常表现出体积膨胀、应变软化等非线性特征。理解其破坏过程中的非 线性行为对实验研究和工程设计具有重要的指导意义。因此，开发一个能够充分表达混凝土、岩土 等材料非线性行为的本构模型是一项具有挑战性和指导性的工作。 ABAQUS中混凝土损伤塑性模型可以较好地描述混凝土等准脆性材料的非弹性行为，引入非关 联流动法则和各向同性弹性损伤理论以描述材料断裂过程中发生的不可逆损伤，通过剪胀角描述混 ［4］ ［1-2］ 凝土材料的剪胀效应 ，然而关于剪胀角的取值尚无定论，ABAQUS手册 中剪胀角默认采用 ［3］ 36.31°，雷拓等 根据普通混凝土的摩擦角在φ=32°~37°之间，采用非关联流动法则，剪胀角应满足 0≤ψ ≤φ，建议取30°左右。剪胀角并非定值，尚无理论依据和经验可循，鉴于此，本论文依据以 往的实验研究资料以及理论研究内容对剪胀角取值进行深入探讨，并研究剪胀角取值对坝体地震反 应影响，为实际工程应用提供合理的建议。 2 常规实验确定剪胀角 ABAQUS理论手册中指出剪胀角并非常数，通过实验数据得到，但具体过程并未给出相关说 明，本文就此进行了相关探讨。对于颗粒土体、岩体、混凝土等材料，在受到剪切时由于颗粒错 动，往往会产生塑性体积变形，这种特性称为剪胀（或剪缩）。剪胀角即实际塑性应变ε与剪切应变γ 之间的夹角。大量学者采用如下形式定义剪胀角： p ε ̇ ψ=arcsin v （1） ε -2ε̇ p ̇ p v l 其中，ε 为塑性体积应变率；ε 为第一塑性主应变率。̇vp ̇lp 收稿日期：2012-04-15 基金项目：国家自然科学基金项目91010006） 作者简介：郝明辉（1983-），女，河北衡水人，博士生，主要从事混凝土大坝损伤机理及抗震研究。E-mail：haomh@ —91— 对于常规三轴实验，取ε =ε ，则有 2 3