木材的流变模型

木材作为最重要的天然可再生建筑材料，在建筑领域扮演着重要角色。然而，其吸湿特性从根本上影响所有相关的力学性能，导致材料刚度和强度在使用寿命内退化。因此，为了实现木结构的可靠设计，必须考虑水分变化的影响以及时间和水分依赖行为的作用。为此，本研究提出了一个三维正交各向异性弹塑性、粘弹性、机械吸附的木材本构模型，其中所有材料常数均定义为含水率的函数。在有限元法框架内，开发并实现了基于总应变加法分解的相应数值积分方法。此外，为了保持二次渐近收敛速率，推导了整个模型的一致切线算子。通过对木材构件在不同机械载荷和水分变化组合下的多次数值验证模拟，评估了所提出材料模型的功能性和能力。此外，通过对混合木构件的分析，证明了所引入模型在预测不同树种力学行为方面的灵活性和普适性。进一步地，通过将计算结果与实验结果进行比较，验证了所提出的数值方法。