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Midas civil-材料塑性定义

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在civil中进行模型计算,材料塑性的定义也是极为重要的一部分内容。那么材料属性的定义以及一些相关知识在本文中进行相应的介绍。

(1)一般材料定义

一般材料定义主要分为正交各向同性材料正交各向异性材料。正交各向同性材料是指材料的物理性质不会因方向的不同而有所变化;正交各向异性是指因方向的不同而有所变化的特性。

正交各向异性材料应用较为广泛,其在正交三轴具有不同的弹性模量,线膨胀系数,剪切系数,泊松比。其中中国规范规定的剪切模量和泊松比计算如下:

《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010):0.4x弹性模量,泊松比为0.2

《公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范》(JTG D62-2004):0.4x弹性模量,泊松比为0.2

《钢结构设计规范》(GB50017-2003):73000N/mm2,泊松比为0.3

《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ 025-1886):81000N/mm2,泊松比为0.3。

线膨胀系数用于温度应力分析。

(2)时间依存材料

时间依存材料是指与时间相关的属性,主要用于考虑混凝土徐变,收缩以及强度和弹性模量等龄期效应的水化热分析和施工阶段分析。

徐变/收缩:

  1. 用户自定义材料

当有试验数据时,用户可自定义混凝土材料随时间的变化特性函数。其中徐变数据形式包含:徐变度,柔度函数和徐变函数。

徐变度:在不变的单位应力作用下的应变(不包含瞬时弹性应变)

徐变系数:徐变与弹性应变的比。徐变系数=徐变度x开始加载时的弹性模量

柔度系数:在不变的单位应力作用下的应变(包含瞬时弹性应变)。柔度系数=瞬时弹性应变+徐变度。

2.根据规范定义材料

该方法是使用较多的方法。

抗压强度:

根据设计规范或用户自定义混凝土材料的抗压强度或弹性模量随时间变化的曲线。

时间依存材料连接:

在定义了混凝土的收缩,徐变,强度及弹性模量发展等时间依存特性之后,还需要将这些特性与已经定义的材料进行连接,才能发挥相应的作用。

(3)塑性材料

塑性材料用在材料非线性分析中,目前civil中静力材料非线性功能仅适用于板单元,实体单元,平面应力和平面应变单元。目前ciivl中提供四种塑性材料模型:Tresca,Von Mises,Mohr-Coulomb和Drucker-Prag-er其中Tresca和Von Mises两种模型适用于具有塑性不可压缩性的可锻金属材料。Mohr-Coulomb和Drucker-Prag-er两种模型适用于脆性材料,例如混凝土,岩石,土壤等,这两类材料的特性是具有体积塑性应变。

(4)弹塑性材料定义

1.弹塑性与非线性概念

土木工程中常用的钢材和混凝土材料一般都是弹塑性材料。该材料在进入塑性的特征为:当荷载卸去之后存在不可恢复的永久变形。弹性变形在卸载后是完全可以恢复的,塑性变形在卸载后是完全不可恢复的。线性材料指应力-应变关系曲线是一条直线,非线性材料是指应力-应变曲线是一条曲线。

2.硬化概念

工程中大多数材料存在一个比较明显的极限应力,当应力小于极限应力时,材料一般保持为线弹性。当应力达到极限应力时,此时若应力不再增加,材料变形继续增加,即变形处于不定的流动状态,则称材料为理想弹塑性材料;如应力达到极限应力之后,再增加变形,应力也必须增加,则称材料是应变硬化的。

(5)使用材料非线性本构模型时的注意事项

目前软件提供的四种非线性本构模型,都可以定义为各向同性硬化和随动硬化特性。但其中的随动硬化特性一般用于钢材等延性材料上。因此一般使用Von Mises,Tresca本构模型中。

目前civil中的硬化特性采用双折线定义,混合型硬化的应力路径如下图所示:


虽然钢材一般采用完全塑性本构模型(即理论弹塑性模型),但要注意屈服后刚度为零容易造成不收敛。

以上就是对Midas civil中的材料定义的介绍,希望能够对大家有所帮助。



来源:土木爱研小站
非线性理论材料试验
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首次发布时间:2023-09-27
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