SAUSAGE中的墙单元中可考虑内嵌钢板,因此需考虑二维塑性本构模型。并采用了经典的金属塑性本构模型。
1) 钢材塑性本构特点
钢材塑性本构模型是传统钢材料本构:基于V.Mises屈服准则并考虑运动硬化的钢材本构模型。用其可大致反映钢材如下基本特征:
(1) 进入塑性后,钢材的拉压强度发生改变,具有运动硬化特征,可反映钢材的Bauschinger效应
(2) 钢材的等效理想弹塑性(EPP)行为,加卸载无刚度退化
2) 材料相关参数及变量说明
材料输入变量:
:单元应力应变的初始弹性张量,二维四阶张量,取决于初始弹性模量E0和泊松比μ,瞬时切线张量为;
:钢材单向压应力骨架线,采用一维下单向受压应力应变骨架线,采用EPP模型,初始屈服应力为()。
计算关键变量:
:应力变量,矩阵形式为,主应力记为(从大到小)
:屈服面中心点的应力变量,矩阵形式为
:应变变量,可分解为弹性和塑性应变,。矩阵形式为,主应变记为(从大到小)
:应变率变量,可分解为弹性应变率和塑性应变率:
:等效塑性应变变量,
:等效塑性应变率变量,
3) 弹性行为
应力应变关系的弹性行为如下式所示:
4) 屈服条件及材料硬化
钢材的初始屈服条件满足V.Mises屈服函数,即:
后继屈服条件满足下式:
其中,参数:
:Mises等效有效应力:
,
平面应力下:
,
:Mises等效有效应力:
,,
即为初始屈服面
平面应力下的屈服面如图1315所示:
图1315 平面应力下钢材的屈服面
硬化规则采用Zeigler修正的运动硬化法则,如图1316所示。其中屈服面移动方向按下式确定:
图1316 平面应力下钢材屈服面硬化
从而硬化法则可表述为:
5) 流动法则
模型采用关联的势函数流动法则:
势函数f采用与屈服法则相同的,是待求变量。
6) 求解方程
综上,钢材塑性本构模型的弹塑性求解是基于有效应力和以等效塑性应变作为硬化变量来描述的,主要求解方程如下所示:
方程满足Kuhn-Tucker条件:,和。