abaqus模拟砖混凝土铝管轴压试验报告
1.项目概况
该课题研究不同强度的再生砖混凝土和铝管厚度轴压性能的差异。
1.1.项目要求
以上述参数进行有限元分析，并提取其荷载-纵向应变关系与试验数据进行比。
1.2.单位制
在CAE项目计算以及报告中使用的基本单位系统如{ REF _Ref88551400 \h |表格 0‑1}所示。
表格 1‑{ SEQ 表格 \* ARABIC \s 1 |1}单位系统
序号 | 单位类型 | 单位名称 | 符号 |
1 | 长度 | 毫米 | mm |
2 | 时间 | 秒 | s |
3 | 质量 | 吨 | T |
4 | 温度 | 摄氏度 | ℃ |
1.3.软件介绍
本项目在实施过程中主要采用的CAE软件包括： Abaqus.
(1) 有限元求解软件采用ABAQUS2020
ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，作为通用的模拟工具，ABAQUS除了能解决大量结构（应力/位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析（流体渗透 / 应力耦合分析）及压电介质分析。
2.CAE前处理
2.1.网格
再生砖混凝土铝管轴压试验的几何模型如图{ STYLEREF 1 \s |2}‑{ SEQ 图 \* ARABIC \s 1 |1}所示，再生砖混凝土铝管轴压试验的网格模型如2-2所示，单元类型主要为壳单元与实体单元相结合，网格基本尺寸为10mm，壳单元为S4R，实体单元为C3D8R。壳单元总数为3300个，实体单元总数为20520个，节点总数23646个。加载板与再生砖混凝土铝管采用接触对进行接触设置，铝管与混凝土采取“共节点”的方式进行设置。
图 { STYLEREF 1 \s |2}‑{ SEQ 图 \* ARABIC \s 1 |1} CAE几何图
图 { STYLEREF 1 \s |2}‑{ SEQ 图 \* ARABIC \s 1 |2} CAE网格图
2.2.材料
本项目仿真计算以及报告中采用的材料参数如{ REF _Ref77350573 \h |表格 1‑1}所示，铝管采用铝的材料属性，加载板使用C40混凝土材料，再生砖混凝土采用ConcreteCore材料，该材料实在混凝土CDP本构的基础上乘以一个弱化系数来确定的。
表格 2‑{ SEQ 表格 \* ARABIC \s 1 |1} 材料参数汇总表
材料名称 | 方向 | 弹性模量（MPa） | 泊松比 | 密度（t/m³） |
Aluminum | XYZ | 69080 | 0.3 | 2.7E-9 |
ConcreteCore | XYZ | 37612.5 | 0.2 | 2.8E-9 |
Concrete_c40 | XYZ | 34875.9 | 0.2 | 2.8E-9 |
表格 2‑2 材料参数汇总表
铝的塑性 | |
屈服应力 | 塑性应变 |
264.7 | 0 |
301.3 | 0.08 |
表格 2‑3再生砖混凝土参数汇总表
ConcreteCore受压行为 | ConcreteCore拉伸行为 | ||
屈服应力 | 非弹性应变 | 屈服应力 | 开裂应变 |
12.0297 | 0 | 2.13192 | 0 |
14.9025 | 0.00071272 | 1.98022 | 0.00022166 |
15.538 | 0.00084288 | 1.75707 | 0.00047072 |
16.5202 | 0.00108937 | 1.55398 | 0.00071208 |
18.1917 | 0.00169445 | 1.38516 | 0.0009403 |
21.024 | 0.00434554 | 1.24744 | 0.0011566 |
21.4721 | 0.00671979 | 1.13473 | 0.00136331 |
21.3132 | 0.00827477 | 1.04154 | 0.00156253 |
20.8959 | 0.00992864 | 0.963525 | 0.00175594 |
20.3058 | 0.0116485 | 0.897413 | 0.00194478 |
19.6103 | 0.0134086 | 0.840739 | 0.00213 |
18.859 | 0.0151899 | 0.647058 | 0.00302172 |
18.0873 | 0.0169787 | 0.533802 | 0.00388261 |
17.319 | 0.018766 | 0.458891 | 0.00472879 |
16.5698 | 0.0205458 | 0.405273 | 0.00556681 |
15.8492 | 0.0223144 | 0.364757 | 0.0063998 |
15.1627 | 0.0240697 | 0.33291 | 0.00722947 |
14.5128 | 0.0258107 | 0.307119 | 0.00805682 |
13.9003 | 0.0275372 | 0.28574 | 0.00888247 |
13.3245 | 0.0292494 | | |
12.7841 | 0.0309478 | | |
12.2776 | 0.032633 | | |
11.8028 | 0.0343057 | | |
11.3578 | 0.0359669 | | |
10.9406 | 0.0376171 | | |
10.549 | 0.0392573 | | |
10.1813 | 0.0408881 | | |
9.51056 | 0.0441244 | | |
8.91546 | 0.0473307 | | |
8.38517 | 0.0505113 | | |
7.91051 | 0.0536696 | | |
7.48377 | 0.0568087 | | |
7.09848 | 0.059931 | | |
6.74921 | 0.0630387 | | |
6.43137 | 0.0661333 | | |
| | | |
表格 2‑4 C40混凝土参数汇总表
ConcreteCore受压行为 | ConcreteCore拉伸行为 | ||
屈服应力 | 非弹性应变 | 屈服应力 | 开裂应变 |
19.7733 | 0 | 2.78445 | 0 |
24.3361 | 7.282E-05 | 2.46264 | 2.52E-05 |
25.3556 | 8.643E-05 | 2.0415 | 5.324E-05 |
26.9386 | 0.00011245 | 1.70364 | 7.889E-05 |
29.6533 | 0.00017741 | 1.45051 | 0.00010212 |
34.2661 | 0.00047343 | 1.26022 | 0.00012354 |
34.8998 | 0.00071308 | 1.1142 | 0.0001437 |
34.3916 | 0.00089887 | 0.999505 | 0.00016295 |
33.0976 | 0.00110716 | 0.907418 | 0.00018156 |
31.3489 | 0.00132846 | 0.832024 | 0.00019969 |
29.3988 | 0.0015555 | 0.769233 | 0.00021746 |
27.416 | 0.00178345 | 0.566575 | 0.00030311 |
25.5008 | 0.00200943 | 0.455944 | 0.00038612 |
23.7059 | 0.00223194 | 0.385703 | 0.00046797 |
22.0537 | 0.00245032 | 0.336789 | 0.00054922 |
20.5486 | 0.00266446 | 0.300554 | 0.00063009 |
19.1856 | 0.00287449 | 0.2725 | 0.00071074 |
17.9544 | 0.00308072 | 0.250051 | 0.00079122 |
16.8431 | 0.00328348 | | |
15.8395 | 0.00348312 | | |
14.9317 | 0.00367998 | | |
14.1091 | 0.00387437 | | |
13.3618 | 0.00406658 | | |
12.6813 | 0.00425684 | | |
12.06 | 0.00444537 | | |
11.4913 | 0.00463237 | | |
10.9693 | 0.00481799 | | |
10.046 | 0.0051857 | | |
9.25663 | 0.00554945 | | |
8.57567 | 0.00590998 | | |
7.98327 | 0.00626785 | | |
7.46393 | 0.00662351 | | |
7.00544 | 0.0069773 | | |
6.59807 | 0.00732952 | | |
6.234 | 0.00768038 | | |
2.3.连接关系
1) 接触对
Contact接触接触分析中的接触对由主面(master surface)和从面(slave surface)构成。在模拟过程中，接触方向总是主面的法线方向，从面上的节点不会穿越到主面，但主面上的节点可以穿越从面。
2) 相互作用
接触面的摩擦类型为罚摩擦摩擦系数为0.6，法向行为“硬接触”，允许接触后分离。
2.4.边界条件
2.4.1.工况1：结构加载
将模型的底板进行全约束，在上部加载板设置向下10mm的位移。
图 { STYLEREF 1 \s |2}‑{ SEQ 图 \* ARABIC \s 1 |3} 约束加载区域图
3.CAE结果及讨论
3.1.工况1结构加载评价
3.1.1.结构加载结果
对结构加载进行分析，选取结构应力与位移云图如图 3‑1，图 3‑2所示，应力最大的部分位于顶部为347.8Mpa，位移最大位于顶部为24mm。
图 3‑1 再生砖混凝土应力
图 3‑2 再生砖混凝土位移
图 3‑2 再生砖混凝土位移力曲线
