PQ-fibre使用手冊..

1、PQ-Fiber使用手冊 V2.0PQ-Fiber使用手冊一、概述同時可用于任何需要定義材料PQ-Fiber是清華大學土木工程系結構工程研究所潘鵬副教授和曲哲博士基于大型通用 有限元程序ABAQUS開發(fā)的一組材料單軸滯回本構模型的集合。主要用于在鋼筋混凝土結 構、鋼結構等的彈塑性時程分析中定義桿系結構的材料本構， 單軸滯回本構模型的情況。PQ-Fiber的最新版本。為適用作者以FORTRAN編譯文件.obj的形式在網(wǎng)上免費發(fā)布 于不同的系統(tǒng)平臺和需求，PQ-Fiber發(fā)布如下版本：PQ-Fiber_Std20_32 :適用于 32 位系統(tǒng)平臺和 ABAQUS/StandardPQ-Fiber_

2、Std20_64 :適用于 64 位系統(tǒng)平臺和 ABAQUS/Standard 作者提供上述版本以供廣大科研與工程設計人員使用，發(fā)布的版本沒有功能限制，請使用者尊重知識產(chǎn)權。PQFiber版本信息：V2.0推薦平臺：ABAQUS 6.9.1，Visual Studio 2005，In tel Fortra n 9.1包含的材料模型（詳細介紹見第三節(jié)）：UConcrete01，UConcrete02， Uconcrete03, USteel01， USteel02， USteel03 使用過程中如有問題，請與作者聯(lián)系：潘鵬（Email: panpeng ）通信地址：北京清華大學土木工程系，100

3、084二、在ABAQUS中使用1.在ABAQUS中使用本模型（1）定義材料在Properties模塊中定義User Material，如圖1所示。材料名的前幾個字母必須與第三 節(jié)中定義的某一個材料名相一致。需要分別選擇 General選項卡中的User Material和Depvar兩個選項。2所示。在Depvar選在User Material選項中定義該材料所需要的所有材料屬性，如圖 項中定義該材料所需的狀態(tài)變量的個數(shù)，如圖3所示。也可以在.inp文件中直接添加用戶自定義材料，下面給出了一個例子。*Material, name=UCo ncrete01*Depvar5,*User Mater

4、ial, con sta nts=430., 0.002,10., 0.005圖1定義用戶自定義材料r Edit lat erial恥恥：UConer1401-235Materi al B&havi oraI (DJetelUsEr Ma七EffSGeneralH電 chaiiicalThermal OtherUs&r Mater i alUser mattrid. type： Mechanical I Use Tinsymmetric matsrifil sti ii&ss matrix echajti cal Constauts135Y材料參數(shù)props(1)20. 002T材料參數(shù) pr

5、ops(2)310F材料參數(shù)props(3)4 0.011材料參數(shù) props(4)Eati不同材料中各參數(shù)的 含義詳見第三節(jié)。圖2定義材料屬性I Edit late rialNan&; TJConcreteOl -3SMaterial Eehavi arsUser Materialikl 両態(tài)變量選項Several He chani cd. Ihermal QtherEepvar狀態(tài)變量的個數(shù)of sluticn-iependentstate variVariable number controlliRg心detion CKBAQUS/Eiiplicit only）：圖3定義狀態(tài)變量的個數(shù)注

6、意：如果使用ABAQUS中的鐵木辛科梁單元(如 B21，B22, B31，B32等)，除了 上述定義外，還需要在.inp文件為梁單元截面額外定義橫向剪切剛度，定義方法詳 見 ABAQUS keyword referenee manual 中的 *Transverse Shear Stiffness 關鍵字?？梢?直接在.inp文件中添加，也可以利用 ABAQUS/CAE 提供的Keyword editor，如圖4 所示。剪切剛度可以是一個大數(shù)，它對計算結果的影響不大。在V2.0以后的版本中，考慮到對顯式分析 VMAT的支持，要求用戶對所有單 元的Depvar數(shù)量都定義為10。其中SDV(9)和

7、SDV(10)僅在顯式分析中分別為應變 和彈模。圖4在Keyword editor中為截面定義剪切剛度(2)調用用戶子程序在Job模塊中，在Edit Job對話框的General選頂卡中選擇本文提供的.obj文件作為User subroutine file，如圖 5 所示。由于ABAQUS的一個分析模型只能接受一個用戶子程序文件，如果使用了本文編譯后 的材料模型文件，將無法使用其它用戶子程序。用戶如確有需要，可與本模型作者聯(lián)系。 Edit JobHodtl： Model-1Descript L OIL：Submission General N emery Faralleli rati an P

8、reci EionPreprocessor Print out Print d echo of the input data n Print contact constraint dataI1 Print model definition data Print hi stcry i空taScratch directory： Select.Us電r subroutirLft file： Select” r0fiter vl.2(bj選擇本模型提供的.obj文件OECane al j圖5在Job中調用用戶子程序2.在ABAQUS/Standard中定義鋼筋混凝土梁單元可以使用*rebar關鍵字在梁

9、單元中定義鋼筋， 使用方法詳見 ABAQUS keyword referenee manual。下面給出了定義鋼筋混凝土梁單元一個例子，其中分別用UConcrete02和USteel02來定義梁單元中的混凝土和鋼筋的材料本構，并在梁截面的四角分別定義了四根鋼筋。*Beam Sectio n, elset= Pier, material=UCONCRETE02, secti on=RECT300., 300.0.,0.,-1.*Tra nsverse shear stiffness1.0e16, 1.0e16*rebar, eleme nt=beam, matenal=USTEEL02-235,

10、 n ame=rebar1Pier, 201, 107, 107*rebar, eleme nt=beam, material=USTEEL02-235, n ame=rebar2P ier,201,-107,107*rebar, eleme nt=beam, material=USTEEL02-235, n ame=rebar3P ier,201,107,-107也可以采用同一種自定義鋼筋或 所示的 Material Manager 中，用 的兩種鋼筋，用 UConcrete02模型*rebar, eleme nt=beam, material=USTEEL02-235, n ame=reb

11、ar4 P ier,201,-107,-107在同一模型中可以使用不同自定義鋼筋與混凝土模型， 混凝土模型定義不同等級的鋼筋或者混凝土。如在圖6USteel02模型定義了屈服強度分別為235MPa和335MPa定義了軸壓強度分別為 30MPa和60MPa的兩種混凝土。只要材料名的前幾個字母與第三節(jié) 中定義的材料名相同即可完成調用，材料名的后半部分可以隨意定義。 Material ManagerNameUC ONCRETEOI-60UCON匚RETE呢心UU5TEELO2-235USrEEL02-335Cre日tSi, Edk RenameDelete., Evaluate,Dismiss圖6在

12、一個模型中使用不同的自定義材料3.結果輸出自定義材料結果的輸入通過狀態(tài)變量實現(xiàn)。如果想得到彈性應變以外的輸出，用戶需要在Step模塊中定義對狀態(tài)變量 （SDV）的輸出，如圖7所示，或者在.inp文件中直接添加對 SDV的輸出，如下所示。另外， ABAQUS目前不支持梁單元中*rebar定義的鋼筋的任何輸 出。各材料模型中狀態(tài)變量的物理意義詳見第三節(jié)。*Eleme nt Out put, directio ns=YESE, S, SDV, SE, SFName;Step:Procedure: EM讓 Field Output RequestF-Cxjtput-1Step-15taticj Gen

13、eralDomain:Whole model increments576 OUtpLt at I The last increnfient Every 1Output Variables* Select from list bebv*Preselected deFaultsAll Edit variables巳 URFFj5DV r 選擇輸出SDV Contact n Energy n Failure/Fracture n Thermal J Electrical n Porous mediafFluids円 Volume/Thickne55/Coorclinate5 State/Field/

14、User/Time 網(wǎng)垂L藥述1也d祖創(chuàng)週11或址邑.餌述矗蚩 FV, Predefined field variablesO MFR Predefined mass Flow rates UVARMj User-defined output variables圖7輸出狀態(tài)變量 SDV三、材料模型PQ-Fibe提供如下材料滯回模型。PQ-Fiber使用手冊V2.0-400調用名USteelOl描述 材料參數(shù)prop s(1)prop s(2)prop s(3) 狀態(tài)變量SDV(1)SDV(2)SDV(3)圖例彈塑性隨動硬化單軸本構模型。-0.0006-0.004, 600_ props(3)=

15、 0.20I 500props(3)=-0.01 400006應變1000.0040.0彈性模量屈服強度硬化剛度系數(shù)，等于第二階段剛度與彈性模量之比。塑性應變Back stress截面屈服標志（0 :未屈服；1:屈服）往復加載時的單軸應力應變關系PQ-Fiber使用手冊V2.0往復加載時的單軸應力應變關系調用名USteelO2描述 材料參數(shù)再加載剛度按Clough本構退化的隨動硬化單軸本構模型prop s(1)prop s(2)prop s(3) 狀態(tài)變量彈性模量屈服強度硬化剛度系數(shù)，等于第二階段剛度與彈性模量之比。SDV(1)SDVSDVSDV(4)SDV(5)圖例歷史最大拉應變對應于歷史最

16、大拉應變的應力歷史最大壓應變對應于歷史最大壓應變的應力屈服記號（0 :未屈服；1:屈服）力應PQ-Fiber使用手冊V2.0-300往復加載時的單軸應力應變關系調用名USteel03描述 材料參數(shù)拉壓不等強的彈塑性隨動硬化單軸本構模型prop s(1) prop s(2) prop s(3) prop s(4) 狀態(tài)變量SDV(1)SDVSDV(3)圖例彈性模量受拉時的屈服強度受壓時的屈服強度硬化剛度系數(shù)，等于第二階段剛度與彈性模量之比。塑性應變Back stress截面屈服標志（0 :未屈服；-1:壓屈服；1:拉屈服）應變20010006-0.004.002.002.0040.C0006力應

17、C00PQ-Fiber使用手冊 V2.0調用名UCon creteOl描述忽略抗拉強度的混凝土模型。(1)(1)材料參數(shù)prop s(1) props prop s(3) prop s(4) prop s(5) 狀態(tài)變量 SDV(1) SDV SDV(3) SDV(4) SDV(5) 圖例力應ocieu=0.012,fu=5 MPa ieu=0.005,fu=10 MPa2520151050)20.0020.0040.006應變拉應力始終為零；受壓骨架線上升段采用Hog nested曲線，下降段為直線；受卸載剛度隨歷史最大壓應變的增大而減??；受拉后反向加載時，直至達到上次受壓卸載的殘余應變時再

18、開始反 向承載。軸心受壓強度 峰值壓應變，即達到軸心受壓強度時的應變極限受壓強度 極限壓應變 截面鋼筋屈服的臨界應變，定義為混凝土受拉邊緣的應變。初始化變量，無實際意義歷史最大壓應變受壓殘余應變，即卸載至應力為零時的壓應變 卸載/再加載剛度截面屈服標志(0 :未屈服；-1:混凝壓碎；1 :鋼筋拉屈)往復加載時的單軸應力應變關系圖例中 fu = props(3)，eu = props(4)調用名UCo ncrete02描述考慮抗拉強度的混凝土模型。(1)材料參數(shù)受拉骨架線由線性上升段和線性下降段組合；受拉卸載時指向原點；受壓骨架線上升段采用Hog nested曲線，下降段為直線；受卸載剛度隨歷史

19、最大壓應變的增大而減小，且不小于達到極限壓 應變時的卸載剛度。prop s(1) props prop s(3) prop s(4) prop s(5) prop s(6) prop s(7) prop s(8) 狀態(tài)變量 SDV(1) SDV SDV(3) SDV(4) SDV(5),推薦采用0.18軸心受壓強度峰值壓應變，即達到軸心受壓強度時的應變 極限受壓強度極限壓應變達到極限壓應變時的卸載剛度與初始彈性模量之比 軸心受拉強度受拉軟化模量，即受拉骨架線下降段的剛度，輸入其絕對值即可。 截面鋼筋屈服的臨界應變，定義為混凝土受拉邊緣的應變。初始化變量，無實際意義歷史最大壓應變受壓殘余應變，即

20、卸載至應力為零時的壓應變 卸載/再加載剛度截面屈服標志(0 :未屈服；-1:混凝壓碎；1 :鋼筋拉屈)調用名UCo ncrete03描述根據(jù)混凝土規(guī)范的混凝土骨架曲線，考慮抗拉強度的混凝土模型。受拉骨架線為全曲線；受拉卸載時指向原點；受壓骨架線為全曲線；(1)受卸載剛度隨歷史最大壓應變的增大而減小，且不小于達到極限壓 應變時的卸載剛度。材料參數(shù)Prop s(1) prop s(2) prop s(3) prop s(4) prop s(5) prop s(6) prop s(7) prop s(8) prop s(9) prop s(10) 狀態(tài)變量混凝土彈性模量軸心受壓強度 峰值壓應變，即達

21、到軸心受壓強度時的應變極限受壓強度極限壓應變混凝土受壓曲線參數(shù)軸心受拉強度峰值受拉應變混凝土受拉曲線參數(shù)截面鋼筋屈服的臨界應變，定義為混凝土受拉邊緣的應變。SDV(1) SDVSDV(3)SDV(4)SDV(5)初始化變量，無實際意義歷史最大壓應變受壓殘余應變，即卸載至應力為零時的壓應變 卸載/再加載剛度截面屈服標志(0 :未屈服；-1:混凝壓碎；1:鋼筋拉屈)往復加載時的單軸應力應變關系附件：采用Input文件的簡單算例：一個水平放置的1m長的桿件，承受往復位移荷載，使用者可以嘗試變更材料，考察各種材料的滯回行為。運行程序方式如下：Abaqus in teractive job=Si mpl

22、 ebeam Imp .i np user= P Q-Fiber_Std_32 輸入文件SimpleBeamlmp.inp內容如下：*Headi ngExam pie for P Q-Fiber*Preprint, echo=NO, model=NO, history=NO, con tact=NO*Node1,6, *Eleme nt, typ e=B311, 1,6*Nset, n set=N-All1,6*Nset, nset=N-OUT6*Elset, elset=E-ALL10.,1.0,0.,0.,0.0.*Beam Sectio n, elset=E-ALL, material=

23、UCONCRETE01, sectio n=RECT0.1,0.10.,-1.,0.*TRANSVERSE SHEAR STIFFNESS1.0e10,1.0e10,SCF*Amp litude, n ame=AM P-10., 0., 1., 1., 2., 0., 3., -1.4., 0., 5., 2., 6., 0., 7., -2.8., 0., 9., 3., 10., 0., 11., -3.12., 0., 13., 4., 14., 0., 15., -4.16.0, 0*Material, n ame=USTEEL01 *De nsity7.85e3*Depvar10,*User Material, con sta nts=32.0e11,200000000.0, 0.05 *Material, n ame=USTEEL02*De nsity7.85e3 *Depvar10,*User Material, con sta nts=32.0e11,200000000.0, 0.0