The aim of this paper is that the precise description of damage behavior is crucial to well catch the mechanical behavior of structures in the dynamic numerical simulation, and address the issue on the coupled plastic-damage constitutive model for circular steel tubes of reticulated shells under severe earthquake. Continuum Damage Mechanics (CDM) constitutive model established by Lemaitre is reviewed at the beginning. Then, an improved damage model for circular steel tubes of reticulated shells is developed based on Lemaitre’s model by replacing the original damage evolution law with a new one suitable for circular steel tubes. In addition, we introduce the stress update process. In this procedure, the well-known operator split strategy, which leads to the standard elastic predictor/return mapping algorithm, is adopted to solve the evolution problem of the improved model. Exploiting user-defined material subroutine, the implementation of the model is achieved within software ANSYS using BEAM189 element. Finally, the dynamic response of reticulated shells under severe earthquake are numerically simulated with the proposed model and with the conventional Prandtl-Reuss model, respectively. The comparison results show that the consideration of material damage accumulation, on the one hand, may change the failure mode of reticulated shells from dynamic instability to strength failure; on the other, may reduce the dynamic ultimate load obviously. This consideration should be taken into account when conducting nonlinear dynamic analysis of reticulated shells.

中文翻译：

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一种改进的网壳圆形钢管损伤本构模型

本文的目的是准确描述损伤行为对于在动态数值模拟中很好地捕捉结构的力学行为，并解决严重条件下网壳圆形钢管的塑性-损伤耦合本构模型问题。地震。首先回顾了Lemaitre建立的连续损伤力学(CDM)本构模型。然后，在Lemaitre模型的基础上，将原有的损伤演化规律替换为适用于圆形钢管的新损伤演化规律，建立了一种改进的网壳圆形钢管损伤模型。此外，我们介绍了压力更新过程。在这个过程中，众所周知的算子拆分策略导致了标准的弹性预测器/回报映射算法，用于解决改进模型的演化问题。利用用户定义的材料子程序，模型的实现是在软件 ANSYS 中使用 BEAM189 元素实现的。最后，分别用所提出的模型和传统的普朗特-罗伊斯模型对网壳在大地震下的动力响应进行了数值模拟。对比结果表明，考虑材料损伤累积，一方面可以将网壳的破坏模式从动力失稳转变为强度破坏；另一方面，可明显降低动态极限载荷。在对网壳进行非线性动力分析时，应考虑到这一点。模型的实现是在软件 ANSYS 中使用 BEAM189 元素实现的。最后，分别用所提出的模型和传统的普朗特-罗伊斯模型对网壳在大地震下的动力响应进行了数值模拟。对比结果表明，考虑材料损伤累积，一方面可以将网壳的破坏模式从动力失稳转变为强度破坏；另一方面，可明显降低动态极限载荷。在对网壳进行非线性动力分析时，应考虑到这一点。模型的实现是在软件 ANSYS 中使用 BEAM189 元素实现的。最后，分别用所提出的模型和传统的普朗特-罗伊斯模型对网壳在大地震下的动力响应进行了数值模拟。对比结果表明，考虑材料损伤累积，一方面可以将网壳的破坏模式从动力失稳转变为强度破坏；另一方面，可明显降低动态极限载荷。在对网壳进行非线性动力分析时，应考虑到这一点。分别用所提出的模型和常规的Prandtl-Reuss模型对重度地震作用下网壳的动力响应进行了数值模拟。对比结果表明，考虑材料损伤累积，一方面可以将网壳的破坏模式从动力失稳转变为强度破坏；另一方面，可明显降低动态极限载荷。在对网壳进行非线性动力分析时，应考虑到这一点。分别用所提出的模型和常规的Prandtl-Reuss模型对重度地震作用下网壳的动力响应进行了数值模拟。对比结果表明，考虑材料损伤累积，一方面可以将网壳的破坏模式从动力失稳转变为强度破坏；另一方面，可明显降低动态极限载荷。在对网壳进行非线性动力分析时，应考虑到这一点。