PQ-fibre使用手册..

1、PQ-Fiber使用手册 V2.0PQ-Fiber使用手册一、概述同时可用于任何需要定义材料PQ-Fiber是清华大学土木工程系结构工程研究所潘鹏副教授和曲哲博士基于大型通用 有限元程序ABAQUS开发的一组材料单轴滞回本构模型的集合。主要用于在钢筋混凝土结 构、钢结构等的弹塑性时程分析中定义杆系结构的材料本构， 单轴滞回本构模型的情况。PQ-Fiber的最新版本。为适用作者以FORTRAN编译文件.obj的形式在网上免费发布 于不同的系统平台和需求，PQ-Fiber发布如下版本：PQ-Fiber_Std20_32 :适用于 32 位系统平台和 ABAQUS/StandardPQ-Fiber_

2、Std20_64 :适用于 64 位系统平台和 ABAQUS/Standard 作者提供上述版本以供广大科研与工程设计人员使用，发布的版本没有功能限制，请使用者尊重知识产权。PQFiber版本信息：V2.0推荐平台：ABAQUS 6.9.1，Visual Studio 2005，In tel Fortra n 9.1包含的材料模型（详细介绍见第三节）：UConcrete01，UConcrete02， Uconcrete03, USteel01， USteel02， USteel03 使用过程中如有问题，请与作者联系：潘鹏（Email: panpeng ）通信地址：北京清华大学土木工程系，100

3、084二、在ABAQUS中使用1.在ABAQUS中使用本模型（1）定义材料在Properties模块中定义User Material，如图1所示。材料名的前几个字母必须与第三 节中定义的某一个材料名相一致。需要分别选择 General选项卡中的User Material和Depvar两个选项。2所示。在Depvar选在User Material选项中定义该材料所需要的所有材料属性，如图 项中定义该材料所需的状态变量的个数，如图3所示。也可以在.inp文件中直接添加用户自定义材料，下面给出了一个例子。*Material, name=UCo ncrete01*Depvar5,*User Mater

4、ial, con sta nts=430., 0.002,10., 0.005图1定义用户自定义材料r Edit lat erial恥恥：UConer1401-235Materi al B&havi oraI (DJetelUsEr Ma七EffSGeneralH电 chaiiicalThermal OtherUs&r Mater i alUser mattrid. type： Mechanical I Use Tinsymmetric matsrifil sti ii&ss matrix echajti cal Constauts135Y材料参数props(1)20. 002T材料参数 pr

5、ops(2)310F材料参数props(3)4 0.011材料参数 props(4)Eati不同材料中各参数的 含义详见第三节。图2定义材料属性I Edit late rialNan&; TJConcreteOl -3SMaterial Eehavi arsUser Materialikl 両态变量选项Several He chani cd. Ihermal QtherEepvar状态变量的个数of sluticn-iependentstate variVariable number controlliRg心detion CKBAQUS/Eiiplicit only）：图3定义状态变量的个数注

6、意：如果使用ABAQUS中的铁木辛科梁单元(如 B21，B22, B31，B32等)，除了 上述定义外，还需要在.inp文件为梁单元截面额外定义横向剪切刚度，定义方法详 见 ABAQUS keyword referenee manual 中的 *Transverse Shear Stiffness 关键字。可以 直接在.inp文件中添加，也可以利用 ABAQUS/CAE 提供的Keyword editor，如图4 所示。剪切刚度可以是一个大数，它对计算结果的影响不大。在V2.0以后的版本中，考虑到对显式分析 VMAT的支持，要求用户对所有单 元的Depvar数量都定义为10。其中SDV(9)和

7、SDV(10)仅在显式分析中分别为应变 和弹模。图4在Keyword editor中为截面定义剪切刚度(2)调用用户子程序在Job模块中，在Edit Job对话框的General选顶卡中选择本文提供的.obj文件作为User subroutine file，如图 5 所示。由于ABAQUS的一个分析模型只能接受一个用户子程序文件，如果使用了本文编译后 的材料模型文件，将无法使用其它用户子程序。用户如确有需要，可与本模型作者联系。 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电r subroutirLft file： Select” r0fiter vl.2(bj选择本模型提供的.obj文件OECane al j图5在Job中调用用户子程序2.在ABAQUS/Standard中定义钢筋混凝土梁单元可以使用*rebar关键字在梁

9、单元中定义钢筋， 使用方法详见 ABAQUS keyword referenee manual。下面给出了定义钢筋混凝土梁单元一个例子，其中分别用UConcrete02和USteel02来定义梁单元中的混凝土和钢筋的材料本构，并在梁截面的四角分别定义了四根钢筋。*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也可以采用同一种自定义钢筋或 所示的 Material Manager 中，用 的两种钢筋，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义钢筋与混凝土模型， 混凝土模型定义不同等级的钢筋或者混凝土。如在图6USteel02模型定义了屈服强度分别为235MPa和335MPa定义了轴压强度分别为 30MPa和60MPa的两种混凝土。只要材料名的前几个字母与第三节 中定义的材料名相同即可完成调用，材料名的后半部分可以随意定义。 Material ManagerNameUC ONCRETEOI-60UCON匚RETE呢心UU5TEELO2-235USrEEL02-335Cre日tSi, Edk RenameDelete., Evaluate,Dismiss图6在

12、一个模型中使用不同的自定义材料3.结果输出自定义材料结果的输入通过状态变量实现。如果想得到弹性应变以外的输出，用户需要在Step模块中定义对状态变量 （SDV）的输出，如图7所示，或者在.inp文件中直接添加对 SDV的输出，如下所示。另外， ABAQUS目前不支持梁单元中*rebar定义的钢筋的任何输 出。各材料模型中状态变量的物理意义详见第三节。*Eleme nt Out put, directio ns=YESE, S, SDV, SE, SFName;Step:Procedure: EM让 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 选择输出SDV Contact n Energy n Failure/Fracture n Thermal J Electrical n Porous mediafFluids円 Volume/Thickne55/Coorclinate5 State/Field/

14、User/Time 网垂L药述1也d祖创週11或址邑.饵述矗蚩 FV, Predefined field variablesO MFR Predefined mass Flow rates UVARMj User-defined output variables图7输出状态变量 SDV三、材料模型PQ-Fibe提供如下材料滞回模型。PQ-Fiber使用手册V2.0-400调用名USteelOl描述 材料参数prop s(1)prop s(2)prop s(3) 状态变量SDV(1)SDV(2)SDV(3)图例弹塑性随动硬化单轴本构模型。-0.0006-0.004, 600_ props(3)=

15、 0.20I 500props(3)=-0.01 400006应变1000.0040.0弹性模量屈服强度硬化刚度系数，等于第二阶段刚度与弹性模量之比。塑性应变Back stress截面屈服标志（0 :未屈服；1:屈服）往复加载时的单轴应力应变关系PQ-Fiber使用手册V2.0往复加载时的单轴应力应变关系调用名USteelO2描述 材料参数再加载刚度按Clough本构退化的随动硬化单轴本构模型prop s(1)prop s(2)prop s(3) 状态变量弹性模量屈服强度硬化刚度系数，等于第二阶段刚度与弹性模量之比。SDV(1)SDVSDVSDV(4)SDV(5)图例历史最大拉应变对应于历史最

16、大拉应变的应力历史最大压应变对应于历史最大压应变的应力屈服记号（0 :未屈服；1:屈服）力应PQ-Fiber使用手册V2.0-300往复加载时的单轴应力应变关系调用名USteel03描述 材料参数拉压不等强的弹塑性随动硬化单轴本构模型prop s(1) prop s(2) prop s(3) prop s(4) 状态变量SDV(1)SDVSDV(3)图例弹性模量受拉时的屈服强度受压时的屈服强度硬化刚度系数，等于第二阶段刚度与弹性模量之比。塑性应变Back stress截面屈服标志（0 :未屈服；-1:压屈服；1:拉屈服）应变20010006-0.004.002.002.0040.C0006力应

17、C00PQ-Fiber使用手册 V2.0调用名UCon creteOl描述忽略抗拉强度的混凝土模型。(1)(1)材料参数prop s(1) props prop s(3) prop s(4) prop s(5) 状态变量 SDV(1) SDV SDV(3) SDV(4) SDV(5) 图例力应ocieu=0.012,fu=5 MPa ieu=0.005,fu=10 MPa2520151050)20.0020.0040.006应变拉应力始终为零；受压骨架线上升段采用Hog nested曲线，下降段为直线；受卸载刚度随历史最大压应变的增大而减小；受拉后反向加载时，直至达到上次受压卸载的残余应变时再

18、开始反 向承载。轴心受压强度 峰值压应变，即达到轴心受压强度时的应变极限受压强度 极限压应变 截面钢筋屈服的临界应变，定义为混凝土受拉边缘的应变。初始化变量，无实际意义历史最大压应变受压残余应变，即卸载至应力为零时的压应变 卸载/再加载刚度截面屈服标志(0 :未屈服；-1:混凝压碎；1 :钢筋拉屈)往复加载时的单轴应力应变关系图例中 fu = props(3)，eu = props(4)调用名UCo ncrete02描述考虑抗拉强度的混凝土模型。(1)材料参数受拉骨架线由线性上升段和线性下降段组合；受拉卸载时指向原点；受压骨架线上升段采用Hog nested曲线，下降段为直线；受卸载刚度随历史

19、最大压应变的增大而减小，且不小于达到极限压 应变时的卸载刚度。prop s(1) props prop s(3) prop s(4) prop s(5) prop s(6) prop s(7) prop s(8) 状态变量 SDV(1) SDV SDV(3) SDV(4) SDV(5),推荐采用0.18轴心受压强度峰值压应变，即达到轴心受压强度时的应变 极限受压强度极限压应变达到极限压应变时的卸载刚度与初始弹性模量之比 轴心受拉强度受拉软化模量，即受拉骨架线下降段的刚度，输入其绝对值即可。 截面钢筋屈服的临界应变，定义为混凝土受拉边缘的应变。初始化变量，无实际意义历史最大压应变受压残余应变，即

20、卸载至应力为零时的压应变 卸载/再加载刚度截面屈服标志(0 :未屈服；-1:混凝压碎；1 :钢筋拉屈)调用名UCo ncrete03描述根据混凝土规范的混凝土骨架曲线，考虑抗拉强度的混凝土模型。受拉骨架线为全曲线；受拉卸载时指向原点；受压骨架线为全曲线；(1)受卸载刚度随历史最大压应变的增大而减小，且不小于达到极限压 应变时的卸载刚度。材料参数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) 状态变量混凝土弹性模量轴心受压强度 峰值压应变，即达

21、到轴心受压强度时的应变极限受压强度极限压应变混凝土受压曲线参数轴心受拉强度峰值受拉应变混凝土受拉曲线参数截面钢筋屈服的临界应变，定义为混凝土受拉边缘的应变。SDV(1) SDVSDV(3)SDV(4)SDV(5)初始化变量，无实际意义历史最大压应变受压残余应变，即卸载至应力为零时的压应变 卸载/再加载刚度截面屈服标志(0 :未屈服；-1:混凝压碎；1:钢筋拉屈)往复加载时的单轴应力应变关系附件：采用Input文件的简单算例：一个水平放置的1m长的杆件，承受往复位移荷载，使用者可以尝试变更材料，考察各种材料的滞回行为。运行程序方式如下：Abaqus in teractive job=Si mpl

22、 ebeam Imp .i np user= P Q-Fiber_Std_32 输入文件SimpleBeamlmp.inp内容如下：*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