LS-DYNA:模拟钢筋和混凝土粘结的3种方法

（1）建议1：

这里只讨论钢筋采用BEAM单元，混凝土采用SOLID单元的情况。 

方法一：即钢筋和混凝土单元采用共用结点。我个人认为这个方法是可信度最高的，但是对单元划分的要求也高，如果钢筋铺设复杂，建模十分麻烦。 

方法二：把钢筋单元的所有点设置成*SET_NODE,把相邻的混凝土单元表面设置成*SET_SEGMENT,用*TIED_NODE_TO_SURFACE_OFFSET把钢筋“固定”到相邻的混凝土表面。这种方法虽然给了钢筋建模一些自由，但是钢筋离要“固定”的混凝土单元也不能太远，否则也固定不上。

 方法三：把要粘结的钢筋和混凝土分别选入两个*SET_PART，然后用*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID这个关键字，把钢筋限制到混凝土。这种方法给了钢筋建模最大的自由，不过我只在混凝土变形不是很大的情况下使用过，效果还可以，不知道大变形的时候是否有问题。 不过不论哪种方法，钢筋和混凝土单元的尺寸都不应该差得太多（纯属个人意见！），钢筋单元的尺寸为混凝土单元(假设混凝土单元是各边相等的六面体)边长的1到2倍就可以了。 

Hello你好！最近我也在学习这方面，受益匪浅，但对以上三种方法还有些疑问，还望能够给与答疑解惑，谢谢！ 方法一：钢筋beam和混凝土solid共节点的话，混凝土和钢筋之间就没有任何滑移了，所以感觉不大符合实际。我之前甚至就将钢筋的收尾两个节点跟混凝土 共节点，更是简单了事，但觉得应该更严谨些。 方法二：用*TIED_NODE_TO_SURFACE_OFFSET设置接触的话，需要在建模的时候给钢筋预留体积空间吗？如果两个物体的体积有重合，设置接触就会出现初始穿透，影响计算结果，至少对壳单元是这样的，不知道beam单元是不是可以体积重合地建模？ 方法三：*CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID，貌似需要欧拉(ale或euler)和拉格朗日两套网格，那么钢筋混凝土中，就应该把混凝土设置成欧拉网格了吗？这样不仅计算较慢，而且混凝土网格不变形，一些结果不便观察。 呃，以上主要是后两个问题，还烦请给与解答，谢谢！

哇终于有人讨论了，我先谢谢了哈！ 首先，没错，任何一个方法都不能做到很精确。 方法一，确实没有考虑滑移，考虑滑移的话，可以用*CONTACT_1D关键字，钢筋混凝土之间的粘结假设为弹性-塑性关系。使用此关键字需要人为的输入粘结剪切模量，最大剪切应变等。我自己没有在实际工程中用过这个关键字，因为找不到足够的实验数据来输入这些变量。平时工作主要做防爆分析，爆炸荷载作用很短，所以没考虑滑移； 方法二，在建模(混凝土)的时候，没有给钢筋预留体积，没有因此产生过负的滑移能。 我的经验是，如果两个PART只设置了*TIED_NODES_TO_SURFACE_OFFSET，没有再设置*Contact_Automatic_Single_Surface 之类，同时把*CONTROL_CONTACT里的不检查initial penetration （好像是这个参数）选上，在运算过程中不应该出现负的sliding energy 。但是我在做壳单元的时候，如果变形很大，tied-offset会有负的sliding energy 出来（而且我还是预先留出了壳的厚度的），也问过其他人，目前还没有人给我什么好的答案，我准备以后工作中碰到了再研究，也可能和LS-DYNA本身的版本有关，我猜； 

方法三，我很少用这个，只在钢筋铺设十分不规律，混凝土形状也不太规律，并且预计混凝土变形不太大的时候使用。我是直接把混凝土建成SOLID做的，没发现混凝土完全不变形。你提到的混凝土网格不变形，计算较慢还真没有注意过，下次再用的话注意一下。 如果为了重点研究钢筋混凝土的局部行为，我觉得只有把钢筋也建成SOLID才更准确些，要是研究整体变化，或者荷载作用时间短的话，我一般就用这三种方法之一。 

多谢解答：）我也做爆炸，只不过做的是土，没怎么做钢筋砼，所以目前接触了一些，感觉方法一：共节点建模比较麻烦的是钢筋的布置对混凝土建模和网格划分影响比较大，模型和网格不整齐的时候，钢筋共节点连接后有时候得成了弯弯曲曲的，所以我 干脆就钢筋的首尾两个节点跟混凝土 共节点，其余的钢筋节点就随意划分了，不知道这样影响有多大。 但是用*CONTACT_1D，也要求钢筋的节点和混凝土的节点位置重合吧，因为DYNA是通过判断线单元节点和与之对应的实体单元节点的相对位置，来计算滑移应变，这就要求模型建立时，需要线单元节点和实体单元节点唯一对应。所以感觉*CONTACT_1D建模也比较麻烦。 方法二：钢筋体积和混凝土体积重合的*TIED_NODES_TO_SURFACE_OFFSET接触方式我得去试试，以前做接触分析，总是希望避免所有的初始穿透。 方法三：我说错了，用ale5号算法可以有变形。这样的话方法三建模还是很方便啊，钢筋和混凝土可以随意建了。只是流固耦合参数的选取还是得再考虑。

对于方法一，只在钢筋两头共用节点，钢筋和混凝土定义接触？没有接触的话，钢筋不容易发挥作用吧。 这些事都很难说清楚，比如共用节点，就好比在节点处钢筋和混凝土绝对粘结，共同工作，没共用节点的地方，除非定义接触(我没定义过），否则就是假设无摩擦，无任何粘结，实际在微观上肯定不是这样的，但只要在整体上，钢筋和混凝土是共同工作的（没有大的滑移），我认为方法一还比较可行。

Hi你好！最近我按照你的方法试了下钢筋砼的建模，现在把我目前得到的结果描述下，谢谢。 1、首先对tied接触算法： 1.1、使用单点积分，section_solid中elform=1，结果 沙漏能较大， 滑移能>0，正常 应力曲线平滑 为了消除沙漏，又采用沙漏选项IHG=4和全积分两种方法： 1.2、采用沙漏选项IHG=4，结果 沙漏消除了 滑移能负得较多 应力曲线一直在震荡，虽然振动幅值较小，都在一定范围内波动，但之前未添加IHG=4时，曲线很光滑，所以觉得这个跟d3plot和d3thd输出间隔应该关系不大。 1.3、采用全积分，elform=2、3，结果： 沙漏能控制 滑移能还是为负值 应力曲线依旧有些震荡 所以感觉不考虑beam体积的混凝土建模，对我来说还是有点问题。 

2、对流固耦合算法， 2.1混凝土采用solid elform=1，可以观察材料变形，结果： 沙漏能较大； 应力曲线稍有震荡，不够平滑； 滑移能>0，正常。 为了消除沙漏，采用IHG=4和全积分两种方法： 2.2 IHG=4，结果： 沙漏能较小，未完全消除； 应力曲线稍有震荡； 滑移能>0，正常 2.3 全积分elform=2、3 沙漏能完全消除； 应力曲线稍有震荡； 滑移能>0，正常 所以综上所述，如果不考虑钢筋和混凝土之间的滑移，我还是先试用流固耦合方法+全积分，建模也方便。可能应该细化网格下。 contact_1D目前没用过，模型不规整，钢筋节点不好匹配。接下来得试试看。 

：）额，问题又来了，还要再请教下，谢谢。。。 请问用CONSTRAINED_LAGRANGE_IN_SOLID来固定beam钢筋和solid混凝土有什么限制没有？我做的钢筋砼模拟，在变形较大的时候，beam钢筋很容易出现不均匀的颈缩，不知道为什么呢。 P.S. 不均匀的颈缩指的是某几个固定在solid混凝土中的beam钢筋直径突然毫无征兆地剧烈缩小，导致原本应力、应变和位移等都达到稳定的模型突然就出问题了

（2）建议2

说不清楚的事儿1： 在有箍筋的情况下，混凝土的抗压强度是有所提高的，但是提高多少，这咱说不清，常规分析的时候，只采用混凝土原有的抗压强度，是一种保守的策略，但在做一些动力或者爆炸分析的时候，可能需要适当考虑混凝土抗压强度的提高以达到优化效果。 说不清楚地事儿2： 钢筋和混凝土之间，肯定是有滑移的，如果想要更精确的模拟，可以使用LS-DYNA 提供的*CONTACT_1D关键字，使用此关键字，混凝土要使用SOLID单元，钢筋使用TRUSS单元（BEAM单元的一种）,钢筋混凝土之间的粘结简化假设为弹性-塑性关系。使用此关键字需要人为的输入粘结剪切模量，最大剪切应变等，而这些变量可能需要通过试验确定其范围，并且在程序中经过调试后才能应用。

（3）建议3：

有整体式和分离式两种，

整体式很简单，自己定义配筋就是了，网上教程很多，但貌似要是solid65才行。

分离式就是比如用link8单独模拟钢筋单元，然后和混凝土单元共用节点，以实现自由度的耦合，

（4）共节点