PQ-Fiber

概述

PQ-Fiber是清华大学土木工程系结构工程研究所潘鹏副教授和曲哲博士基于大型通用有限元程序ABAQUS开发的一组材料单轴滞回本构模型的集合。主要用于在钢筋混凝土结构、钢结构等的弹塑性时程分析中定义杆系结构的材料本构，同时可用于任何需要定义材料单轴滞回本构模型的情况。

作者以FORTRAN编译文件.obj的形式在网上免费发布PQ-Fiber的最新版本。为适用于不同的系统平台和需求，PQ-Fiber发布如下版本：

PQ-Fiber_Std20_32：适用于32位系统平台和ABAQUS/Standard

PQ-Fiber_Std20_64：适用于64位系统平台和ABAQUS/Standard

作者提供上述版本以供广大科研与工程设计人员使用，发布的版本没有功能限制，请使用者尊重知识产权。

PQFiber版本信息：V2.0

推荐平台：ABAQUS 6.9.1，Visual Studio 2005，Intel Fortran 9.1

包含的材料模型（详细介绍见第三节）：

       UConcrete01，UConcrete02，Uconcrete03, USteel01，USteel02，USteel03

使用过程中如有问题，请与作者联系：

潘鹏（Email: panpeng@tsinghua.edu.cn）

通信地址：北京清华大学土木工程系，100084

版本信息：v2.0 （下载-单击右键 “另存为”）
         

包含的材料模型（详细介绍见第三节）：

       UConcrete01，UConcrete02，USteel01，USteel02，USteel03

使ABAQUS示例inp文件下载
【安装ABAQUS和Fortran成功后，把PQFiber.obj和示例文件放在同一文件夹下，双击abarun.bat】

相关下载：

在ABAQUS中使用

1. 在ABAQUS中使用本模型

（1）定义材料

在Properties模块中定义User Material，如图1所示。材料名的前几个字母必须与第三节中定义的某一个材料名相一致。需要分别选择General选项卡中的User Material和Depvar两个选项。

在User Material选项中定义该材料所需要的所有材料属性，如图2所示。在Depvar选项中定义该材料所需的状态变量的个数，如图3所示。

也可以在.inp文件中直接添加用户自定义材料，下面给出了一个例子。

*Material, name=UConcrete01

*Depvar

      5,

*User Material, constants=4

30., 0.002,   10., 0.005

图1 定义用户自定义材料

图2 定义材料属性

图3 定义状态变量的个数

注意：

如果使用ABAQUS中的铁木辛科梁单元（如B21，B22，B31，B32等），除了上述定义外，还需要在.inp文件为梁单元截面额外定义横向剪切刚度，定义方法详见ABAQUS keyword reference manual中的*Transverse Shear Stiffness关键字。可以直接在.inp文件中添加，也可以利用ABAQUS/CAE提供的Keyword editor，如图4所示。剪切刚度可以是一个大数，它对计算结果的影响不大。

图4 在Keyword editor中为截面定义剪切刚度

（2）调用用户子程序

在Job模块中，在Edit Job对话框的General选顶卡中选择本文提供的.obj文件作为User subroutine file，如图5所示。

由于ABAQUS的一个分析模型只能接受一个用户子程序文件，如果使用了本文编译后的材料模型文件，将无法使用其它用户子程序。用户如确有需要，可与本模型作者联系。

图5 在Job中调用用户子程序

2. 在ABAQUS/Standard中定义钢筋混凝土梁单元

可以使用*rebar关键字在梁单元中定义钢筋，使用方法详见ABAQUS keyword reference manual。下面给出了定义钢筋混凝土梁单元一个例子，其中分别用UConcrete02和USteel02来定义梁单元中的混凝土和钢筋的材料本构，并在梁截面的四角分别定义了四根钢筋。

*Beam Section, elset=Pier, material=UCONCRETE02, section=RECT

300., 300.

0.,0.,-1.

*Transverse shear stiffness

 1.0e16, 1.0e16

*rebar, element=beam, material=USTEEL02-235, name=rebar1

Pier, 201, 107, 107

*rebar, element=beam, material=USTEEL02-235, name=rebar2

Pier,201,-107,107

*rebar, element=beam, material=USTEEL02-235, name=rebar3

Pier,201,107,-107

*rebar, element=beam, material=USTEEL02-235, name=rebar4

Pier,201,-107,-107

在同一模型中可以使用不同自定义钢筋与混凝土模型，也可以采用同一种自定义钢筋或混凝土模型定义不同等级的钢筋或者混凝土。如在图6所示的Material Manager中，用USteel02模型定义了屈服强度分别为235MPa和335MPa的两种钢筋，用UConcrete02模型定义了轴压强度分别为30MPa和60MPa的两种混凝土。只要材料名的前几个字母与第三节中定义的材料名相同即可完成调用，材料名的后半部分可以随意定义。

图6 在一个模型中使用不同的自定义材料

3. 结果输出

自定义材料结果的输入通过状态变量实现。如果想得到弹性应变以外的输出，用户需要在Step模块中定义对状态变量（SDV）的输出，如图7所示，或者在.inp文件中直接添加对SDV的输出，如下所示。另外，ABAQUS目前不支持梁单元中*rebar定义的钢筋的任何输出。各材料模型中状态变量的物理意义详见第三节。

*Element Output, directions=YES

E, S, SDV, SE, SF

图7 输出状态变量SDV

材料模型

PQ-Fiber v1.2提供如下材料滞回模型。