木材三维弹塑性本构子程序的开发与实现

一.问题介绍

木材的本构模型是采用连续体单元建模模拟木材弹塑性响应的基础，然而木材复杂的力学性质常常为其本构模型的建立带来困难。木材力学性质的复杂性主要表现在：

1. 不同方向的强度值和刚度值各不相同；

2. 同一方向的抗拉强度和抗压强度之间存在差异；

3. 不同形式荷载作用下材料的响应不同，压力作用下材料的表现以延性为主， 而拉力和剪力作用下材料的破坏呈脆性。

木材在复杂应力状态下的弹塑性本构模型。以经典弹塑性力学为框架，该本构模型建立在如下四个基本假设的基础之上：

1. 木材在弹性阶段是理想的横观各向同性材料；

2. 材料的屈服符合简化的 Hashin 屈服准则；

3. 材料在受拉和受剪屈服之前是理想线弹性的，屈服之后进入塑性流动阶段；

4. 材料受压初始屈服之前是理想线弹性的，屈服之后进入应变硬化阶段，随 着屈服面的转移到达最终屈服面后进入完全的塑性流动。

二.子程序编写流程

本工作室在三维hashing模型的基础上，利用Abaqus软件平台，开发了完整的木材的弹塑性本构umat子程序，包含木材完整的弹性、塑性、强化以及软化阶段。编写子程序的流程如下：

三.结果验证

通过如下图的木材模型进行验证：

该模型在受压、受剪及受拉的工况下，应力应变曲线如下所示：

该子程序还有以下特征：

1. 能计算静力非线性

2. 收敛性好

3. 能计算复杂应力状态

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