ABAQUS弹塑性时程分析注意事项
（完整版）ABAQUS真实应力和真实应变定义塑性
（完整版）ABAQUS真实应⼒和真实应变定义塑性在ABAQUS 中必须⽤真实应⼒和真实应变定义塑性.ABAQUS 需要这些值并对应地在输⼊⽂件中解释这些数据。
然⽽，⼤多数实验数据常常是⽤名义应⼒和名义应变值给出的。
这时，必须应⽤公式将塑性材料的名义应⼒（变）转为真实应⼒（变）。
考虑塑性变形的不可压缩性，真实应⼒与名义应⼒间的关系为：00l A lA =，当前⾯积与原始⾯积的关系为：00l A A l= 将A 的定义代⼊到真实应⼒的定义式中，得到：00()nom F F l l A A l l σσ=== 其中0l l 也可以写为1nom ε+。
这样就给出了真实应⼒和名义应⼒、名义应变之间的关系：(1)nom nom σσε=+真实应变和名义应变间的关系很少⽤到，名义应变推导如下：0001nom l l l l l ε-==- 上式各加1，然后求⾃然对数，就得到了⼆者的关系：ln(1)nom εε=+ABAQUS 中的*PLASTIC 选项定义了⼤部分⾦属的后屈服特性。
ABAQUS ⽤连接给定数据点的⼀系列直线来逼近材料光滑的应⼒－应变曲线。
可以⽤任意多的数据点来逼近实际的材料性质;所以，有可能⾮常逼真地模拟材料的真实性质。
在*PLASTIC 选项中的数据将材料的真实屈服应⼒定义为真实塑性应变的函数。
选项的第⼀个数据定义材料的初始屈服应⼒，因此，塑性应变值应该为零。
在⽤来定义塑性性能的材料实验数据中，提供的应变不仅包含材料的塑性应变，⽽是包括材料的总体应变。
所以必须将总体应变分解为弹性和塑性应变分量。
弹性应变等于真实应⼒与杨⽒模量的⽐值，从总体应变中减去弹性应变，就得到了塑性应变，其关系为： /pl t el t E εεεεσ=-=- 其中pl ε是真实塑性应变，t ε是总体真实应变，el ε是真实弹性应变。
总体应变分解为弹性与塑性应变分量实验数据转换为ABAQUS输⼊数据的⽰例下图中的应⼒应变曲线可以作为⼀个例⼦，⽤来⽰范如何将定义材料塑性特性的实验特性的实验数据转换为ABAQUS适⽤的输⼊格式。
弹塑性力学土木工程应用有限元ABAQUS分析课件
q=100Mpa
k
故应力集中因子为：
Kσφmax 279.42.794 q 100
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
误差分析
每边单元数10，最大应力288 每边单元数15，最大应力299
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
对比分析
网格划分的不同，对数据的拟合具有一定的影响， 划分的密集，计算结果更逼近理论值。
验证小孔处的应力集中系数
K σ φmax q
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
验证
基于结构和荷载的对称性，只 取结构的 1/4 进行分析。
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
验证
圆孔边缘应力最大的部位在
90°处，与理论分析的结果
一致，且最大应力279.4Mpa。
右侧施加的均布荷载为
0.09406
380
0.150
437.00
0.13976
0.13831
400
0.200
480.00
0.18232
0.18072
弹性模量E 3.00E+05
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
PART.03
有限元分析验证
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
平板圆孔应力
σρ
q 2
l0d lllnll0
lnl lnl0l
l0
l0
nom
l l0
lnl0 l0lln1nom
弹塑性力学土木工程应用 有限元ABAQUS分析
名义、真实应力（变） 真实应力与名义应力的关系
nom(1nom)
真实应变与名义应变的关系
弹塑性时程分析
弹塑性时程分析方法将结构作为弹塑性振动体系加以分析，直接按照地震波数据输入地面运动，通过积分运算，求得在地面加速度随时间变化期间内，结构的内力和变形随时间变化的全过程，也称为弹塑性直接动力法。
基本原理多自由度体系在地面运动作用下的振动方程为：式中、、分别为体系的水平位移、速度、加速度向量；为地面运动水平加速度，、、分别为体系的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵。
将强震记录下来的某水平分量加速度－时间曲线划分为很小的时段，然后依次对各个时段通过振动方程进行直接积分，从而求出体系在各时刻的位移、速度和加速度，进而计算结构的内力。
式中结构整体的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵通过每个构件所赋予的单元和材料类型组装形成。
动力弹塑性分析中对于材料需要考虑包括：在往复循环加载下，混凝土及钢材的滞回性能、混凝土从出现开裂直至完全压碎退出工作全过程中的刚度退化、混凝土拉压循环中强度恢复等大量非线性问题。
基本步骤弹塑性动力分析包括以下几个步骤：(1) 建立结构的几何模型并划分网格；(2) 定义材料的本构关系，通过对各个构件指定相应的单元类型和材料类型确定结构的质量、刚度和阻尼矩阵；(3) 输入适合本场地的地震波并定义模型的边界条件，开始计算；(4) 计算完成后，对结果数据进行处理，对结构整体的可靠度做出评估。
计算模型在常用的商业有限元软件中，ABAQUS、ADINA、ANSYS、MSC.MARC都内置了混凝土的本构模型，并提供了丰富的单元类型及相应的前后处理功能。
在这些程序中一般都有专用的钢筋模型，可以建立组合式或整体式钢筋。
以ABAQUS为例，它提供了混凝土弹塑性断裂和混凝土损伤模型以及钢筋单元。
其中弹塑性断裂和损伤的混凝土模型非常适合于钢筋混凝土结构的动力弹塑性分析。
它的主要优点有：(1) 应用范围广泛，可以使用在梁单元、壳单元和实体单元等各种单元类型中，并与钢筋单元共同工作；(2) 可以准确模拟混凝土结构在单调加载、循环加载和动力荷载下的响应，并且可以考虑应变速率的影响；(3) 引入了损伤指标的概念，可以对混凝土的弹性刚度矩阵进行折减，可以模拟混凝土的刚度随着损伤增加而降低的特点；(4) 将非关联硬化引入到了混凝土弹塑性本构模型中，可以更好的模拟混凝土的受压弹塑性行为，可以人为指定混凝土的拉伸强化曲线，从而更好的模拟开裂截面之间混凝土和钢筋共同作用的情况；(5) 可以人为的控制裂缝闭合前后的行为，更好的模拟反复荷载作用下混凝土的反应。
ABAQUS弹塑性有限元分析简介
行业现状
弹塑性分析具体的技术条件没有规范，尴尬！ 隔震新规范编写，初衷突破抗规各种内力调整，无法推进， 不得不走抗规的老路！ 与弹塑性息息相关
混凝土剪力墙的弹塑性 分析，学术界未能搞清， 工程界不可能形成共识！
ABAQUS的工程应用价值
定性判断，对结构规则性把握，蛮有参考价值
第二篇：有限元与弹塑性 分析简介
n n
0 M2 0 0
0 0 0
0 0 0 Mn
ψ M Φ ψ M Φ C Ci ψi i ψi
i 1 i 1 T
由振型组合而得
阻尼力，由[C]乘以上 一步速度而得
2 1 M δ M δt t t 2 2 t t
有限元基本原理
静力平衡方程：
K δ F
动力平衡方程：
Mδ Cδ K δ F
式中， C M K
T
Rayleigh阻尼 振型阻尼
C MΦζΦ M T K B DB d
方法对结构整体或局部进行验算
混凝土结构设计流程
1. 有限元弹性计算 2. 内力调整
弹性计算时，忽略钢筋作用， 取混凝土拉压均为弹性。 该假设粗糙，但可行。
3. 采用平截面假定，考虑材料弹塑性，配筋设计 4. 复杂结构采用弹塑性补充验算
b
以构件为研究对象
ec
f
xn
Mu
As
h0
h
es
a
f
杆系结构分析方法
Bs
2 Es As h0
6 E 1.15 0.2 1 3.5g f
第五篇：构件的有限元模拟
梁单元——梁、柱、斜撑
对于实际工程中各种组合截面，比如型钢混凝土柱，可采用 同一位臵处设多个单元来等代实现。各个单元具有相同的节 点码编号，分别对应于组合截面的某一子截面。 至于配筋，在梁单元的同一位臵处，设有方钢管梁单元。其 中，方钢管的边长取梁的边长，钢管的壁厚由梁构件各侧配 筋面积除以边长而得。
Abaqus常见问题技巧设置案例汇总
Abaqus常见问题技巧设置案例汇总Abaqus常见问题汇总如何取得节点的坐标！用a=mdb.models['你的模型'].parts['PART-1'].nodes[211].coordinates可以取得坐标，对坛子里像我一样的初学者们有借鉴作用。
扭距加载我最近在算一个题目,一个大筒体上有三个接管端面固定,大筒体两端加载扭距,但是不知道如何加载.请各位高手能赐教谢谢1. 将大筒体两端要施加扭矩的节点分别定义为两个Nset:left, right.2. 分别在大筒体两端的圆心处定义两个reference node: rp-left,rp-right.3. 用如下命令将两个节点集绕3轴旋转的自由度与参考点耦合起来,其他自由度度是否耦合根据具体问题而定:*KINEMATIC COUPLING, REF NODE=rp-leftleft, 6,6*KINEMATIC COUPLING, REF NODE=rp-rightright, 6,64. 在两个参考点上施加绕3轴旋转的弯矩.友情提醒:reference node也有自由度,注意相应的边界条件.ABAQUS多处理器进行并行计算的效果研究环境：ABAQUS6.3+8 IntelXeon 700MHz CPU+4G Ram+Win2k AdvServer SP3在命令行模式下，abaqus命令的下面三个参数进行并行计算的控制：[cpus=number-of-cpus][parallel={loop | domain | supernode | tree}][domains=number-of-domains]ABAQUS/Explicit:parallel参数可选domain,loopdomain进行拓扑域并行，loop进行循环级并行（默认）但在NT系统下，不支持loop参数cpus数要可以整除domains数，也就是一个cpu可以进行多个domain 的计算以Getting Started with ABAQUS/Explicit6.5 Example: circuit board drop testcircuit.inp分析为例(standard_memory = "256 Mb")1cpu:abaqus job=circuit intcup利用率100%，运行时间506s2cpu:abaqus job=circuit parallel=domain domains=4 cpus=2 int 每个cup利用率接近100%，运行时间402s4cpu:abaqus job=circuit parallel=domain domains=4 cpus=4 int 每个cup利用率为80%左右，运行时间297s8cpu:abaqus job=circuit parallel=domain domains=8 cpus=8 int 每个cup利用率为40%左右，运行时间364sABAQUS/Standard:parallel参数可选supernode,treesupernode(默认)对单波前进行并行处理，tree对多波前同时进行并行处理domains参数无效对于线性方程并有稀疏刚度矩阵的模型并行计算有效以ABAQUS Release Notes2.7 Parallel sparse solvert1-std.inp分析为例(standard_memory = "1000 Mb")1cpu:abaqus j=t1-std intcup利用率为70%左右，运行时间390s4cpu (supernode):abaqus j=t1-std parallel=supernode cpus=4 int所有系统cpu均被使用，每个cpu利用率运行过程中不断大幅变化，运行时间454s4cpu (tree):abaqus j=t1-std parallel=tree cpus=4 int所有系统cpu均被使用，每个cpu利用率运行过程中不断大幅变化，运行时间352s8cpu (supernode):abaqus j=t1-std parallel=supernode cpus=8 int每个cpu利用率接近100%，运行40多分钟后还无法结束8cpu (tree):abaqus j=t1-std parallel=tree cpus=8 int每个cpu利用率接近90%，运行时间545s结论：多CPU并行处理对Explicit效果显著，对Standard在很多情况下效果不明显，甚至可能使运算更慢，只使用Standard的同学基本可以不用考虑买多cpu 的机器ABAQUS和DIANA关于混凝土本构模型的讨论最近正在做一些钢筋混凝土的算例,有了些体会和感想,整好Simwe 上有朋友提起,遂写出来与大家探讨.不对之处,还望请熟悉DIANA不要见笑并多多指教,谢谢因Simwe好像最近只有注册后方能浏览故在此贴出.zftj wrote:由于钢筋的存在，通常混凝土开裂后，刚度不会马上失去，有一个软化的过程，通常国内叫拉伸强化(tension stiffening)。
YJK-ABAQUS接口软件使用说明
YJK-ABAQUS接口软件使用说明一、简介ABAQUS软件在弹塑性时程分析中有使用越来越广的趋势。
该软件计算稳定，求解效率高。
提供建筑结构中梁、柱、斜撑、板与墙分析用的梁、壳单元，包含弹性材料与众多非线性材料模型。
内嵌的混凝土损伤本构模型，与10版混凝土规范建议的本构模型理论基本一致。
同时提供隐式积分与显示积分动力微分方程求解方法，显示积分求解可直接接力隐式求解结果，在隐式求解结果基础上进行后续时程分析；二次开发的难度相对较低，用户自定义的混凝土材料本构子程序可通过Fortran语言实现，简单的编译环境配置后即可将子程序编译链接到ABAQUS主程序中。
然而，ABAQUS用于建筑结构分析与设计时显得针对性偏差，YJK软件一直专注于建筑结构的设计功能，建模迅速、方便、快捷，能准确根据规范的各项分析计算与调整要求做出配筋设计。
YJK与ABAQUS接口软件，极大的方便工程师将YJK模型快速导入到ABAQUS中，使用ABAQUS的单元/自定义单元、本构模型进行非线性求解，并将结果输出。
接口软件的主要特点有：A.各类构件（板、梁、柱、斜撑、墙）正确转换，包含钢-混凝土组合截面，弧梁（墙）自动转换为多段的直线梁（墙）。
B.杆构件采用纤维梁模型，墙板采用分层壳模型。
C.非线性分析之前，施加重力荷载作为结构的初始内力状态，复杂结构初始内力来自于施工模拟，转入的施工模拟顺序与YJK中指定相同。
D.依据《混规》附录C建议值给出钢筋及混凝土的本构模型。
E.读取YJK施工图中的实际配筋面积作为结构的配筋。
依据10版《混规》附录C建议的单轴本构模型，采用Fortran语言编制的Umat/Vumat 子程序，附带在安装目录下，Umat子程序适用于单调加载，Vumat适用于往复加载。
且未考虑箍筋对混凝土性能的影响，工程师可依据相关文献酌情提高混凝土强度以模拟箍筋的有利贡献。
非线性分析后，后处理所需数据暂未输出（开发中）。
二、接口软件转换操作流程1数据准备1.1在YJK上部结构计算模块中完成建模、计算及设计接口软件直接读取YJK建模与前处理中的荷载、构件截面、材料及空间组装关系。
弹性、弹塑性时程分析
PKPM软件园地 建筑结构.技术通讯 2007年1月弹性、弹塑性时程分析法在结构设计中的应用杨志勇 黄吉锋（中国建筑科学研究院 北京 100013）0 前言地震作用是建筑结构可能遭遇的最主要灾害作用之一。
几十年来，人们积累了大量的实测地震资料，这些资料多以位移、速度或者加速度时程的形式体现。
与此相对应，时程分析方法也被认为是最直接的一种计算建筑结构地震响应的方法。
但是，由于地震作用随机性导致计算结果的不确定性，弹性时程分析方法只是结构设计的一种辅助计算方法；虽然如此，抗震规范为了增强重要结构的抗震安全性，还是将弹性时程分析方法规定为常遇地震作用下振型分解反应谱法的一种补充计算方法；尤其是考虑了结构的弹塑性性能后，弹塑性时程分析方法更是被普遍认为是一种仿真的罕遇地震作用响应计算方法。
《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）第3.6.2，5.1.2，5.5.1，5.5.2，5.5.3等条文规定了时程分析相关的内容。
下面结合TAT ，SATWE ，PMSAP 和EPDA 等软件应用，探讨如何将弹性、弹塑性时程分析正确应用到结构设计中去。
1 弹性时程分析的正确应用11正确地在软件中应用弹性时程分析方法需要对规范的相关条文规定有正确的认识。
以下几点是需要特别明确的：（1）抗震规范第5.1.2条第3点规定，“可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值”。
在设计过程中，如何实现“较大值”有不同的做法：1)设计采用弹性时程分析的构件内力响应包络值的多波平均值与振型分解反应谱法计算结果二者的较大值直接进行构件设计；2)在实现振型分解反应谱方法时，放大地震力使得到的楼层响应曲线包住时程分析楼层响应曲线的平均值。
图1 SATWE 地震作用放大系数前一种做法可能使得构件配筋较大，因为在时程分析过程中，构件内力的最大响应具有不同时性，采用包络值进行设计会使得构件内力，尤其是压弯构件内力偏于保守。
Abaqus使用经验记录
★1. 平面应力问题的截面属性类型是solid，而不是shell2. Abaqus 中不是把材料特性直接赋予单元或几何实体，而是首先在截面属性（section）中定义材料特性，再为每个部件赋予相应的截面属性。
3. Initial step 初始分析步，analysis step 后续分析步。
Pressure（单位面积上的压力，正值表示压力，负值表示拉力）。
Aborted 分析失败，superimpose undeformed plot 覆盖未变形图，plot deformed shape 显示变形图，plot contours 显示云纹图即显示，mises 应力的云纹图，animate：scale factor 显示动画Reduced integration 减缩积分geometric order 几何阶次quadratic 二次单元。
对于应力集中问题，使用二次单元可以提高应力结果的精度。
★4. Abaqus 的数据库中可以包含多个互不相关的模型（model），每个模型只能有一个装配件（assembly），它是一个或多个实体（instance）组成的，所谓实体是部件（part）在装配件中的一种映射，一个部件可以对应多个实体。
材料和截面属性定义在部件上，相互作用、边界条件、载荷等定义在实体上，网格可以定义在部件上也可以定义在实体上，对求解过程和输出结果的控制参数定义在整个模型上。
5.在property 模块中，special—skin 在三维物体的某个面或轴对称物体的一条边上附上一层皮肤，这种皮肤的材料可以与物体原来的材料不同。
面与面平行（parallel face）、面于面相对（face to face）、边与边平行（parallel edge）、轴重合（coaxial）、点重合（coincident point）、坐标系平行（parallel csys）。
analysis step 后续分析步可以定义载荷或边界条件的变化、部件之间相互作用的变化、添加或去除某个部件等。
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一、YJK转ABAQUS
1、YJK模型的合理简化
⑴YJK的模型，如果存在次梁布置不规则、次梁与核心筒搭接不规则、次梁与核心筒开洞相交等情况，会造成模型转化失败，因此，转之前需对模型进行一些合理的简化，既要避免模型转化失败，同时尽可能保持原有模型的特性，防止简化过多，造成简化的模型与原模型在结构动力特性上差别较大，总之一句话，模型简化坚持“简单但不失真”的原则。
此过程不可能一蹴而就，需要反复尝试，简化从少入多，简化越少越好。
⑵验证简化模型的有效性。
模型转过来以后并不是万事大吉，还需要对比模型进行检验。
首先转成线弹性模型，此模型的目的就是采用ABAQUS分析模型的动力特性，查看YJK与ABAQUS两软件计算所得的质量与周期是否一致。
若在误差允许范围内，则可进行下一步操作，反之，则需对简化的YJK模型就行修改。
⑶模型验证有效后，下一步转成弹塑性时程分析模型。
转弹塑性时程分析模型之前，有几个问题需要注意：
①关于楼板
楼板是采用刚性楼板还是采用弹性楼板，取决于楼板有没有缺失，若整层楼板开洞很小，且我们不关注楼板的应力状态，则分析时采用刚性楼板即可，后续abaqus弹塑性时程分析时不对楼板细分，会节约计算成本；反之，若楼板缺失严重，且楼板应力分布是重点关注的东西，则YJK要对板指定弹性板3或弹性板6或弹性模。
后续ABAQUS分析时会对板就行细分。
板内钢筋根据施工图进行确定，但目前导入ABAQUS却不能查看板内钢筋应力分布情况（此问题有待继续研究）。
②关于梁柱
ABAQUS采用纤维单元进行模拟。
梁柱内钢筋采用等效的矩形钢管进行模拟，后续可以查看钢筋的受压损伤因子与受拉损伤因子。
梁柱单元细分数目可取2m。
③关于材料强度
由于ABAQUS分析未考虑箍筋的作用。
因此可通过取材料平均值来适当考虑箍筋对混凝土的约束作用。
⑷参数设置成功以后即可计算，当然计算之前需对电脑进行设置，保证程序可以自动调入子程序。
⑸ABAQUS分析结果查看，ABAQUS的默认历史时程输出只有能量的输出，我们关心的顶点时程位移曲线，层间位移角，基底剪力这些需要自己编写命令流输出，以供后续处理。
⑹弹塑性时程分析报告编写
需要涵盖梁、柱、板、墙以及钢筋在大震下的应力分布情况。