基于统一力学理论的铅芯橡胶隔震支座建模

铅芯橡胶隔震支座（LRB）已被安装于位于地震易发区的诸多重要与关键结构，如医院、高校与桥梁。使用 LRB 的目的是为结构提供周期延长能力及耗散大量地震能量的能力，以减轻强地面运动的影响。因此，研究此类装置的损伤力学对于理解和准确描述其热力学行为至关重要，从而可更安全地设计隔震结构。传统上，迄今为止 LRB 的滞回行为建模采用以下方式：1）牛顿力学与经验曲线拟合退化函数，或 2）热传导理论与包含退化效应的理想化双线性曲线。之所以使用本质上唯象或含某些调整参数的模型，是因为牛顿运动普遍定律缺乏描述系统退化与能量损失的项。本文采用统一力学理论（其在第一性原理层面整合热力学定律与牛顿力学）对 LRB 的力-位移响应建模。使用统一力学理论时，无需借助曲线拟合技术来描述材料的退化行为。各点的损伤或退化由熵生成及材料沿热力学状态指数（TSI）轴的基于物理的基本方程计算。在 ABAQUS 中构建了铅芯橡胶支座的有限元模型，并通过用户材料子程序 UMAT 实现统一力学理论方程及铅的粘塑性本构模型。有限元分析结果已与实验测试数据对比。