选择BKIN还是BISO--正确理解ANSYS本构模型中的强化模型

在处理钢筋、钢材、混凝土类弹塑性非线性分析时，选择合理的本构模型非常重要，以钢筋为例，最常见的本构模型为BKIN和BISO，BKIN代表线性随动强化模型，BISO代表等向强化模型。不少同学在处理本构模型选择的一块云里雾里，以别人的参考代码为基础进行修改，今日水哥就简单介绍下经常用的强化模型。

具体介绍之前，首先简要说明下什么是弹塑性分析

在静力学分析模块，根据分析类型可分为弹性分析及弹塑性分析，弹性分析阶段，应力和应变成正比，即应力=应变*弹性模量，卸载以后一切恢复原状。而弹塑性分析阶段则是一旦在达到材料的弹性极限后，继续加载，使材料进入塑性阶段，此时再卸载就无法恢复原状。

分析过程中的总应变可分为弹性应变及塑性应变，弹性应变和应力成正比，要描述一个结构的整体变化过程，关键在于构建塑性应变和应力之间的关系，也即是这里说的弹塑性本构。

影响塑性应变的因素有很多，如加载历史(这就是为什么弹塑性分析要涉及到荷载步)、温度、应力、应变率，以及一些内部因素，如材料的屈服强度、损伤等。

对于ANSYS而言，在模拟弹塑性分析阶段，主要根据以下三个准则来描述塑性发展：

1、屈服准则：加载过程中，一旦材料的等效应力超过屈服应力，程序判定进入塑性状态，这是解决一个从弹性到塑性的过渡点问题；

2、流动准则：当构件发生塑性应变时，流动准则定义了应变方向，也就是说，流动准则可以描述在达到屈服后，在每一个荷载增量的作用下，塑性应变的各个分量是如何发展的；

3、强化准则：描述了初始屈服准则随着塑性应变的增加是怎样发展的。

第三个准则中的强化意思是指当材料经过屈服阶段的塑性变形后，卸载，再加载到屈服，新的屈服点要比原屈服点高。

第一次屈服点就对应着“初始屈服准则”，每一次的屈服都比上一次高一点，这个发展的过程就是强化。

强化过程根据强化的方向分为等效强化和随动强化。

等效强化：如果一个方向加载-卸载后，各个方向的强化效果相同，则称之为等效强化；

以BKIN为例，其本构模型如下所示：

 

随动强化: 如果一个方向加载-卸载后，各个方向的强化效果不同，则称之为随动强化；

以BISO为例，其本构模型如下所示（注意正反屈服应力的区别）：

所以，从定义来看，两者的主要区别在于强化方向的不同，这也为我们选择具体的本构模型指明了思路。

对于一般的单向加载而言，两则的区别不大，因为不涉及到加载-卸载的过程，但对于反复加载而言，就应该选择随动强化模型BISO而不是等效强化模型BKIN了，比如做钢筋混凝土的弹塑性地震时程分析，滞回模拟时，这一点大家尤其要注意。