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统一弹粘塑性本构理论有限元程序设计及应用

孟晓健  
【摘要】: 有限单元法是力学计算的基本方法,是一种解决复杂工程计算问题的有效的离散化计算方法。有限元法以经典理论为基础,以计算机为工具,通过有限元程序实现对复杂工程问题的分析计算。随着计算机技术的产生与发展,有限元计算软件也层出不穷。目前,国内外已研制出很多功能强大的结构分析软件,如ANSYS、SAP、ABAQUS等。随着有限元法的广泛应用,根据具体的计算要求和结构特点,提出新的本构模型,对有限元法做必要的补充和发展,就显得格外有意义。 混凝土是一种具有微裂纹的非均质材料,混凝土结构受力体系日益复杂。为了能准确的分析其真实的受力情况,选择一个合理的本构关系和屈服准则是很有意义的。然而,在用通用有限元软件分析时,按照自己提出的混凝土本构模型对结构进行计算非常困难。因此,本文自行编制了基于统一强度理论的弹粘塑性本构关系有限元程序。本文编制的程序,能够在有限元计算中反映混凝土结构弹粘塑性模型。同时,作为数值仿真的基础工作,该程序能够通过数据交换,利用通用有限元软件ANSYS进行前后处理。 本文从Perzena弹粘塑性本构关系出发,引入统一强度理论,构造三向应力状态本构模型,并用FORTRAN编制平面状态和轴对称状态的计算程序。详细介绍了该程序设计流程和框图,利用厚壁圆筒对程序的各模块进行验证。最后,利用自编程序对混凝土三弯点梁静载模型和沥青混凝土路面静载模型进行了数值模拟,与试验结果进行了比较分析。经过多种模型的验证和计算,自编程序具有以下特点和功能: (1)程序能够进行考虑材料的SD效应和中间主应力效应的有限元计算。 (2)程序能够很好的通过数据交换利用ANSYS进行前后处理。 (3)对于多种材料、多种加载方式的静力求解可以在同一程序中完成。程序中通过多个控制选项,实现各种工况的组合求解。 (4)程序具有一定的通用性,提供了多个屈服准则的选择,应用灵活,对于各种不同的模型表达式,便于进行修改。


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