钢纤维混凝土动态本构模型及其有限元方法

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发布时间：2021-09-13

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钢纤维混凝土动态本构模型及其有限元方法
曹吉星，陈虬
(西南交通大学力学与工程学院，四川成都610031)
摘要：利用改进的BP神经网络，以钢纤雏混凝土的分离式霍普金森压杆试验数据为训练样本，建
立了钢纤维混凝土的隐式动态本构模型。以显式动态有限元软件ABAQUS／Explicit为开发平台，
采用FORTRAN语言编写了材料用户子程序VUMAT，将神经网络表达的材料动态本构模型嵌入
到有限元计算中，实现了冲击荷载下钢纤维混凝土结构响应的数值模拟。算例显示，建立的本构模
型和相应的有限元方法是有效的。
关键词：本构模型；神经网络；动态有限元；钢纤维混凝土
中图分类号：0347．4；TU528 文献标志码：A 文章编号：1674—4764(2010)04—013卜O4
Dynamic Constitutive M odel of Steel Fiber Reinforced Concrete
and Its Finite Element M ethod
OAO Ji—xing，OHEN Qiu
(School of Mechanics and Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，P．R．China)
Abstract：Taking the split Hopkinson pressure bar(SHPB) test data as training samples，an implicit
dynamic constitutive model of steel fiber reinforced concrete(SFRC)was proposed with the improved BP
neural network program．On the basis of ABAQUS／Explicit，a user—defined material subroutine VUMAT
was compiled with FORTRAN language，embedding with the neural network constitutive model into finite
element calculation．W ith SFRC structure's response under impact load as case study，it is shown that the
constructed constitutive mode1 and its finite element method are effective．
Key words：constitutive modeI；neural network； dynamic finite element method；steel fiber reinforced
COncrete
钢纤维混凝土(steel fiber reinforced concrete，
SFRC)是在普通混凝土中掺入乱向分布的钢纤维
后所形成的一种新型多相复合材料。由于钢纤维的
存在能够有效阻碍混凝土内部微裂纹的繁衍、扩展，
显著提高了混凝土基体的韧性、延性和抗冲击等性
能。SFRC已广泛用于防护工程、机场跑道以及道
路桥梁等易受冲击、爆炸作用的工程领域，在普通建
筑领域中的应用也日渐增多。为研究SFRC在动载
荷作用下的力学性能，以确保工程设计的安全性，国
内外学者已进行了一系列的试验研究工作，并取得
了很多成果 ]。然而对SFRC本构模型特别是冲
击载荷作用下的动态本构模型的研究还不多|6。]，一
方面的原因是混凝土材质的离散性、成分的多样性
和影响因素的众多性等使得普通混凝土的动态本构
模型还不能令人满意，而加入了钢纤维后的SFRC
使材料的本构模型变得更为复杂。
抛开传统研究材料本构模型的方法，基于
SFRC的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson
pressure bar，简称SHPB)试验数据，利用人工神经
网络(neural network，简称NN)的非线性映射功
能，建立了SFRC在冲击荷载作用下的隐式动态本
构模型，并将其嵌入到非线性动态有限元软件