弹塑性算子引导的数据驱动钢材本构模型

来源：振动与冲击杂志2026年第4期北京时间：

作者：李怀满,，杜轲，骆欢hluo@ctgu,

单位：1.湖北省地质灾害防治工程技术研究中心,湖北 宜昌443002;2.三峡大学土木与建筑学院,湖北 宜昌443002;3.中国地震局工程力学研究所,哈尔滨150080

摘要：结构抗震分析中，钢材的力学性能对模拟结构在循环荷载下的非线性响应具有决定性影响。经典的钢材本构模型虽能够准确描述材料的弹塑性力学行为，但需要确定的模型参数通常较复杂且需要大量试验进行标定。而基于数据驱动的本构模型能解决参数标定问题，但这类模型的切线刚度通常难以直接获取，进而无法用于有限元分析。为此，本文提出了一种弹塑性算子引导的数据驱动钢材本构模型(DD-PIHC)，该模型构造简洁、参数规模较小、能借助弹塑性算子输出切线刚度，可直接嵌入纤维梁柱单元用于框架结构有限元分析。给出了DD-PIHC与纤维梁柱单元结合的状态更新算法。基于多种不同种类的钢筋应力-应变试验数据对模型进行验证，通过与RNN模型以及OpenSees平台中Steel02本构模型的模拟结果进行对比，证明了本文模型在捕捉材料本构行为方面具有更高的精度与计算效率。在此基础上，将该模型应用于三层钢框架结构的拟静力循环加载分析中，验证了其用于结构非线性分析的有效性，为后续结构抗震性能优化设计提供了可靠的分析工具。<br>

关键词：弹塑性算子；数据驱动本构模型；钢框架；纤维梁柱单元；有限元分析