功能梯度混凝土梁非线性有限元分析

来源 :扬州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangjianwu2008
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功能梯度材料(Functionally Gradient Materials简称FGM)作为一种新型非均质材料,打破了传统复合材料截面突变的不连续性。功能梯度结构的宏观材料组成从某一方向发生连续变化,使其整体性能随之呈现梯度变化,因其良好的力学性能在高新技术领域,传统土木行业、生物医学工程方面广泛应用。本文以普通钢筋混凝土结构设计理论为基础,结合大变形混凝土的最新研究成果,引入功能梯度材料设计原理,研究一种承载能力强和耐久性能高的新型钢筋混凝土构件,基于静载作用下对该构件进行非线性有限元分析。研究功能梯度混凝土构件在静载作用下的受力性能,分析其变形机理。其结果将为功能梯度混凝土构件的分析和设计提供理论依据。  本文采用两点对称加载方式,对36根功能梯度混凝土梁和2根普通混凝土梁进行了试验研究,比较分析了各梁跨中挠度、混凝土应变、受拉主钢筋应力、各级荷载下的裂缝宽度及开展情况、加载结束时梁的平均裂缝间距等参数。结果表明:功能梯度混凝土梁其裂缝开展过程与普通钢筋混凝土梁类似,整个受力过程中控裂功能层承担了部分拉力,抑制周围混凝土裂缝的开展,减缓试验梁截面中和轴的上移,从而减缓了试验梁刚度的下降。可见,功能梯度混凝土构件在减小裂缝宽度、改善构件刚度方面较普通钢筋混凝土构件优越。  利用有限元软件ABAQUS建立了36根功能梯度混凝土梁及普通钢筋混凝土梁的模型,对其进行非线性分析,将数值结果与试验结果进行对比分析,二者较为吻合。结果表明:模型选用的参数、单元类型、材料本构关系较为合理。根据有限元分析结果分析了不同功能梯度材料构件的受力性能。  利用有限元软件ABAQUS对功能梯度混凝土梁进行了参数分析。计算结果表明:配筋率的提高对其抗弯性能影响较大,增加配筋率,能有效改善功能梯度混凝土梁的受力性能。控裂功能层材料采用日本PVA-ECC,梁的抗弯性能较好。提高控裂功能层的高度,有利于改善功能梯度混凝土梁的受力性能。
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