木材力学性能模拟：复杂应力状态下的数值分析

"复杂应力状态下木材力学性能的数值模拟 (2011年)" 这篇论文主要探讨了木材在复杂应力状态下的力学性能，并通过数值模拟进行了深入研究。文章首先强调了木材作为一种各向异性材料的独特性质，即在不同方向上表现出不同的力学特性，如弹性、抗拉和抗压强度的不均匀性，以及在拉伸或剪切载荷下可能出现的脆性破坏，而受压时则可能发生塑性变形。 为了准确模拟这些特性，作者建立了一个本构模型。模型的核心是考虑木材的正交各向异性，将弹性应力-应变关系简化为正交各向异性形式。Yamada-Sun强度准则被选用来判断木材在压缩下的屈服状态，以及在拉伸或剪切时是否发生应变软化现象。此外，通过引入损伤因子和弹性应变能，模型能够描述木材在脆性破坏过程中的应变软化行为。 进一步，论文中通过屈服函数和塑性一致性条件，推导出了木材抗压塑性发展的流动准则。为模拟木材的应变硬化，特别是横纹承压时的二次应变硬化，设置了初始和最终屈服面，并规定了屈服面随应变转移的机制。这一部分的理论构建确保了模型能够适应木材在不同加载路径下的行为变化。 为了实现这个本构模型的实际应用，作者编写了用户子程序，使其能够在流行的有限元软件ABAQUS中运行。通过对比有限元模拟结果、试验数据以及Hankinson公式的计算结果，论文证明了所建立的本构模型的有效性和可行性。 该研究对理解和模拟木材结构在实际工程中的行为具有重要意义，为木结构的设计和分析提供了更精确的工具，有助于提升木材在建筑和其他领域中的应用效果。同时，这也为未来其他各向异性材料的本构模型建立提供了参考和借鉴。 关键词：木材；正交各向异性；本构关系；数值模拟；有限元方法；塑性变形；脆性破坏 中图分类号：O242.1；TU366.2 文献标志码：A