混凝土MAZARS模型的非局部化及其数值实现与验证

徐 磊 王绍洲 金永苗

（河海大学 水利水电工程学院, 南京 210098）

混凝土是典型的准脆性材料,在破坏阶段具有明显的应变局部化特征[1].现阶段,以有限元为代表的连续介质数值分析方法是开展混凝土材料与结构破坏模拟的主要手段[2].研究表明,在基于传统局部本构模型的混凝土材料与结构非线性有限元分析中,计算结果会依赖于有限元模型的单元尺寸[3],从而丧失客观性.为解决这一问题,Bažant等[4]提出将积分形式非局部理论与传统局部本构模型相结合,通过引入与细观结构相关的材料特征长度与构建体现不同位置材料间力学状态相互影响的非局部变量,实现传统局部本构模型的非局部化,有效克服了基于由局部模型导致的有限元计算结果单元尺寸依赖性.

另一方面,通用有限元软件ABAQUS因其强大的非线性分析能力得以在结构分析中被广泛采用[5].Xu等利用ABAQUS成功实现了混凝土拱坝从局部开裂到整体破坏全过程的有限元模拟[6].然而,ABAQUS中虽内置了面向混凝土材料的损伤塑性模型[7]、弥散开裂模型[8]等本构模型,但本质上均属局部本构模型,故基于ABAQUS的混凝土结构破坏分析难以保证分析结果的客观性.理论上虽可通过编制非局部混凝土本构模型的UMAT用户材料子程序实现基于ABAQUS平台的混凝土结构破坏的合理分析,但在具体实施中却由于受限于ABAQUS中固有的数据传递方式(在UMAT接口中仅能获取当前积分点的相关信息,无法调用该积……