钢材循环本构模型

为完整描述钢材的弹塑性反应，需考虑以下几点;①钢材发生的变形是纯弹性变形还是弹塑性变形，即加载准则;②若为弹塑性变形，则需要确定塑性变形的方向，即流动法则;③当加载时，钢材的强化作用会使其弹性区随着应力而改变。这时需要—一定的方法（即强化法则）来确定弹性范围;④为描述塑性加载的历史，还需要定义一些参数，即强化参数;⑤当材料单元发生弹塑性变形时，弹性区将发生改变使流动应力处于弹性区的边界，即塑性理论的一致性条件。

本节借助有限元分析软件 ABAQUS 中的自定义材料功能对试验中的各种循环荷载下应力-应变曲线进行模拟。

对于加载准则，有限元分析中可利用应变增量计算变形是纯弹性还是弹塑性，具体如式（6-5）所示∶

对于 O460D 钢材，利用试件 H3-2的试验数据，对式（6-6）和式（6-10）中的参数进行标定。由于不同的应变幅将影响试验结果，故这里采用多背应力叠加的方法拟合曲线，选取两种应变幅的参数进行标定，结果如表6-12 所示，有限元和试验结果的比较如图6-15 所示。

综上所述，高强度钢材循环荷载下的力学性能特征及主要研究结论如下∶（1） Q460C 高强度钢材单调拉伸时的延性较好，单调压缩时的强度高于单调拉伸，但延性变差。在循环荷载作用下发生包辛格效应，各种加载制度下滞回环饱满、稳定，加载历史对滞回性能有一定的影响。试件断口扫描表明为延性断裂。在循环作用下发生循环硬化和软化，各种循环加载制度下的骨架曲线可以用统一的参数标定。

（2） Q460D 高强度钢材仍然具有普通强度钢材在循环加载下的多种特点;屈服点现

象、循环硬化和循环软化、包辛格效应等。O460D高强度钢材在循环荷载下，后期应力逐级达到稳定;在各种加载制度下的滞回环饱满、稳定，表明材料的滞回性能良好;其破坏模式均为延性破坏，变形能力和延性较好，但由于循环加载下塑性损伤积累，使其与单调加载相比延性变差。

（3）基于 Ramberg-Osgood 的模型能够很好地拟合此类高强度钢材的循环加载骨架曲线，且高强度钢材循环骨架曲线和单调曲线基本一致，循环作用导致钢材的硬化提前。

（4）利用试验标定了钢材的材料参数，并结合有限元分析软件 ABAQUS 模拟了各种加载制度下的循环拉压曲线。结果表明有限元计算模型和试验曲线较吻合。 也证明了材料参数的准确性与可靠性，这将有助于进一步研究高强度钢材在地震作用下的应用。