考虑温度影响的VUMAT子程序在木材火灾后强度分析中的应用

木结构在火灾作用下,木材的化学成分及物理特性会发生复杂的变化,导致其力学性能的改变,木构件承载能力降低。本文编写了考虑温度影响的木材本构vumat子程序,并对子程序的正确性进行了验证。

木材是一种复杂的各向异性复合材料,可以分为三个方向,即纵向顺纹(L)、径向横纹(R)、弦向横纹(T)。其复杂的本构关系主要体现为在拉或剪力作用下发生 脆性破坏,而在压力作用下发生塑性变形,且在横纹压力作用下变形较大,同时拉压强度不相等。

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屈服准则

木材是各向异性材料,且L、R、T三个方向的拉压屈服强度不一样,属于拉压非对称材料。为了准确地预测木材的失效需要选择合适的各向异性屈服准则,目前常用的各向异性屈服准则有:Hill准则,Hosford准则,Yamada-Sun屈服准则等。本采用Hashin准则作为木材的屈服准则


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损伤演化准则

本文木材本构关系模型定义了两种不同的损伤演化模型,受压延性破坏采用理想弹塑性模型,受拉脆性破坏采用线弹性软化模型.引入损伤变量D来描述木材的受损状态。

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温度影响

木材随着温度的升高,发生不同程度的炭化,其强度、弹性模量、断裂能也随之发生变化。本文考虑了温度对木材的模量、强度的影响,并且认为温度对拉压性能产生的影响不同。


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根据上述相关理论编写了abaqus vumat子程序,并通过单胞模型对子程序进行验证。

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下图为不同温度下单向拉压结果

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下图为三点弯曲载荷下的破坏行为

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