2.21 混凝土材料的使用

在混凝土或岩石方面，SPG可以作为拉格朗日或ALE、SPH的替代方法。

当对混凝土材料特性知之甚少时，可考虑mat_072r3（相对于常规mat_072来说是首选）、mat_016 和 mat_159，这些都具有在无侧限抗压强度的情况下生成材料常数的选项。

R6.0.0 版本之后，mat_272 还具有自动输入材料参数能力，这些生成的参数被写入R6.1.1的d3hsp中。

关于“简单输入”的混凝土模型：对于我们所说的“简单输入”混凝土模型，如mat_016、mat_072r3、mat_084/085、mat_159，可能会有一个重要的问题，就是这些模型中的每一个都应明确说明抗压强度值是否为圆柱形或立方体试样。

在上述材料中，只有 mat_084/085 使用的是立方体试样；MAT159 采用圆柱试样的无侧限抗压强度值。并且，2010年9月24日，Serco公司的马丁·布莱克利在谈到mat_084/085时说：“由于混凝土的圆柱强度＜立方体强度，所以通常使用前者。”

混凝土的速率效应：在高速下观察到的行为会导致人们高估混凝土中的应变速率效应。这种行为可能更多地归因于惯性效应，而不是物质的速率效应。

壳和梁单元：

在某些情况下，可以使用*mat_139或*mat_191的合力梁来对钢筋混凝土梁和柱进行建模。

关于混凝土积分梁，可使用*mat_195。

*mat_172/*mat_concrete_ec2 是包括热效应的壳和 H-L 梁单元的普通或钢筋混凝土模型。使用混凝土*mat_172时，请参见*mat_203/*mat_hysteretic_reinforcement作为用于定义钢筋的选项。

*mat_174/*mat_rc_beam 是一种适用于 H-L 梁的普通或钢筋混凝土模型，其循环效应对地震分析具有重要意义。

*mat_194（*mat_rc_shear_wall）可与壳一起用于模拟“剪力墙”或混凝土板。

实体单元：

材料模型5、14、16、25、72、72r3、84/85、96、111、145、159、272可用于混凝土的实体单元。

在用户手册中给出了mat_145混凝土的一些输入参数。

第三种盖帽模型mat_159（*mat_cscm_concrete）对混凝土有一些内置参数。

如果知道混凝土的无侧限抗压强度，但没有其他必要的混凝土材料数据，则mat_16 （Mode 2）比较方便。

对于模式IIC（B1＞0），d3hsp文件中的“effective plastic strain”和“effective stress”是不正确的。正确的应该是“damage （lambda）”和“scale factor （eta）”，如用户手册模式IIC所描述的那样。两者都是无量纲的。

对于模式IIB（B1=0），卡片4～7的正确设置是“effective plastic strain”和“scale factor （eta）”。

只有模式I下，卡片4～7才是“pressure”和“yield （or effective） stress”。

*mat_072r3也有一个“容易输入”的选择，这是基于无侧限抗压强度的（如果你对混凝土一无所知则这个是推荐的）。

*mat_072适合于动力载荷，所以*mat_072r3也具有相同特性。

关于fc′和*mat_005：

对于*mat_005，使用用户手册中给出的屈服应力关系来绘制sigy vs pressure。在该显示图上，加一条斜率为3的直线穿过原点。这条直线表示无侧限压缩试验的载荷路径。直线和屈服曲线相交处为fc′。仅有fc′是无法给*mat_005提供输入参数的，*mat_016可能是一个更好的选择。

*mat_096可能不是一个通用型的混凝土模型。

*mat_084/mat_085可以生成一个二进制数据，允许用户使用LS-PrePost对材料进行裂纹查看。

*mat_25和*mat_145是岩土的盖帽模型。*mat_145在数值上是光滑/连续的。

当损伤参数超过0.99时，*mat_145的单元被侵彻。

如 LS-DYNA 用户手册中解释的那样，通过设置 Afit=Cfit=Efit=1.0 和 Bfit=Dfit=Ffit=0.0，可以关闭损伤。

用户可以设置FAILFG=0（卡5），这样失效的单元就不会被删除。

虽然上面这些是为SPH＆ALE而开发的，但它似乎满足用户的需要：单元将保留，但它们的强度将为零。

Karagozian和Case （K＆C） Concrete Model混凝土模型的Release III为*mat_072r3或*mat_concrete_damage_rel3，它具有基于混凝土无侧限抗压强度自动生成材料参数的能力。

*mat_273/*mat_cdpm/*mat_concrete_damage_plastic_model的版本为R7.0.0，该材料模型旨在模拟混凝土结构在动力荷载作用下的破坏情况。该模型以有效应力的塑性为基础，建立了基于塑性应变和弹性应变的损伤模型。

仅用于实体单元，但同时可用于显式和隐式模拟，当损伤被激活时，使用隐式求解可能会使收敛困难，IMFLAG=4或5可能有用。

损伤和失效：

混凝土可能在拉力下（剥落、开裂）失效。

建立在大多数混凝土材料模型中的压力或应力截止可能足以在不删除单元的情况下考虑拉伸效应。

当混凝土在压缩中失效时，可以将失效的单元从模拟中去除。

在v.971版本中，两个基于压缩的失效准则被添加到*mat_add_erosion中。

这些准则是在卡片1的第3和第4个参数输入的：

3rd field:PMAX (max pressure) (fails if p＞PMAX)

4th field:EPSP3 (fails if min prin strain＜EPSP3)

*mat_add_erosion的卡2主要包含基于张力的失效准则。

如果单元满足*mat_add_erosion指定的任何条件，则将删除该单元。

混凝土中的钢筋（rebar）：

材料16、72、96和84包括考虑加固（钢筋）的选项。另外，钢筋可以用离散的梁单元建模。

梁可能是：

① 与实体单元（共节点）合并；

② 使用可考虑黏结滑移的一维接触（*contact_1D）与混凝土单元进行绑定；

③ 和混凝土单元进行耦合。

*constrained_lagrange_in_solid（CSTYPE=2），*ale_coupling_nodal_constraint或*constrained_beam_in_solid（可考虑梁的纵向滑移）。

在 R7.1.2 中加入了*constrained_beam_in_solid（CBIS），但只在 dev r94935（Hao，5/12/15）版本中包含了后续的bugfix（es）。

此外，在dev r98943上，该能力扩展到2～6型梁。

Roger在r99215中加入了*CBIS的隐式功能。

请注意，对于两个关键字（*CBIS和*CLIS ctype=2），隐式只支持NQUAD=0。

隐式分析：

其他隐式软件（如Abaqus、Adina等）对于小非线性是可以接受的，但一旦涉及裂缝和软化，则只有显式能计算正常。

对于使用实体单元的混凝土的显式分析，我们经常使用 mat84（Winfrith）。我们为混凝土的壳和梁单元开发了我们自己的材料模型（mat_concrete_ec2，mat_172）。

当材料非线性程度很高时，任何隐式求解器都会变得不稳定（不会收敛），包括开裂、破碎、侵彻。这并不意味着你不能尝试。如果你使用的是隐式动力学而不是隐式静态，那么成功的可能性要大得多。