Constitutive Modeling of Structural Steels: Nonlinear Isotropic/Kinematic Hardening Material Model and Its Calibration

本构方程 非线性系统 校准 各向同性 结构工程 材料科学 硬化(计算) 屈服面 产量(工程) 结构材料 可塑性 机械 有限元法 复合材料 数学 工程类 图层(电子) 物理 量子力学 统计
作者
Alexander R. Hartloper,Albano de Castro e Sousa,Dimitrios G. Lignos
出处
期刊:Journal of Structural Engineering-asce [American Society of Civil Engineers]
卷期号:147 (4) 被引量:51
标识
DOI:10.1061/(asce)st.1943-541x.0002964
摘要

Numerical models of structural components that deteriorate primarily due to geometric instabilities under multiaxis cyclic loading are sensitive to both the assumed geometric imperfections and the nonlinear material model assumptions. Therefore, the accuracy of the constitutive model is a desirable feature in finite-element simulations. However, the classic Voce-Chaboche metal plasticity model, ubiquitous among commercial finite-element software, is found to underestimate the initial yield stress in structural steels by about 10%–30% when calibrated to minimize the overall difference in strain energy between the model and test data of load protocols representative of earthquake loading. This paper proposes a refined version of the Voce-Chaboche material model. When compared with the original model, the updated one improves the prediction of the initial yield stress, can simulate initial yield plateau behavior, and better estimates experimental cyclic stress-strain data. Constraints on the model parameters are established, a calibration procedure is developed, and model parameters are proposed for nine structural steels used worldwide. Source code for the material model is also made publicly available. A case study demonstrates that steel component behavior is sensitive to subtle differences in the material response that arise between the Voce-Chaboche and the proposed material models.
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