機敏混凝土結構的溫差變形自調節(jié)研究.pdf

1、該文的主要成果及創(chuàng)新之處如下:1、利用碳纖維機敏混凝土的功能特性,并利用疊層結構的功能可復合性與材料特性可設計性,研制了集傳感與驅動等功能特性和結構性能于一體的碳纖維(氈)機敏混凝土疊層結構,并通過實驗研究分析了疊層梁的電熱效應和電熱響應,得到疊層梁的電熱驅動規(guī)律,為結構的溫差、變形調節(jié)提供實驗依據.2、將輸入功率處理為熱傳導邊界條件,建立了機械混凝土疊層梁電-熱-力耦合問題的數學模型,并結合熱彈性理論獲得了機敏混凝土梁結構內部溫度場、

2、應力場及變形響應的解析解.結果顯示:碳纖維機敏混凝土覆層電熱效應驅動下的梁內溫升及變形與輸入功率成正比,變形主要由梁上下表面的溫差引起,穩(wěn)定溫差導致梁穩(wěn)定的變形;并將該解析解與實驗進行了對比,其結果與實驗結果規(guī)律相同.該解析解為機敏混凝土結構溫差與變形自調節(jié)提供了重要理論基礎.3、建立了混凝土疊層梁電-熱-力耦合的有限元平面和三維模型,利用Marc有限元軟件進行數值計算,將所得結果與解析結果及實驗結果進行比較,進一步驗證了理論模型的可行

3、性和有限元數值模擬的有效性.在有限元數值模擬過程中,分別對有鋼筋和無鋼筋的機敏混凝土結構的電、熱性能的影響進行了分析.結果顯示:由于混凝土的熱學參數與力學參數與鋼筋相差甚遠,導致有筋疊層梁的電熱溫度場及變形與無筋疊層梁不同,在箍筋附近的表面,發(fā)熱面溫度比無筋處略低,而低溫面則相反;梁的變形比無筋疊層梁小;但鋼筋對結構的電性能無明顯影響.該問題的研究為實際鋼筋混凝土結構的運用打下必要的基礎.4、通過對碳纖維機敏混凝土的溫敏性、以及溫敏混凝

4、土的布置設計研究,從結構層次上首次實施了碳纖維水泥基復合材料的溫度、溫差、變形自監(jiān)測、溫度與變形自調節(jié)的功能.具體研究了短切碳纖維(氈)混凝土疊層梁的溫敏性和Seebeck效應,并實施了溫度、溫差在線檢測;提出了在溫度調節(jié)過程中,疊層梁變形檢測的溫度補償.5、針對電熱作動系統(tǒng)大慣性、大遲延的特點,提出了采用模糊與神經網絡相結合的控制方法對疊層梁的溫差、變形進行調節(jié);并通過實驗研究了疊層梁的溫差與變形的自調節(jié),從實驗結果可知,利用碳纖維機