功能梯度混凝土梁非線性有限元分析.pdf

1、功能梯度材料(Functionally Gradient Materials簡(jiǎn)稱FGM)作為一種新型非均質(zhì)材料，打破了傳統(tǒng)復(fù)合材料截面突變的不連續(xù)性。功能梯度結(jié)構(gòu)的宏觀材料組成從某一方向發(fā)生連續(xù)變化，使其整體性能隨之呈現(xiàn)梯度變化，因其良好的力學(xué)性能在高新技術(shù)領(lǐng)域，傳統(tǒng)土木行業(yè)、生物醫(yī)學(xué)工程方面廣泛應(yīng)用。本文以普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合大變形混凝土的最新研究成果，引入功能梯度材料設(shè)計(jì)原理，研究一種承載能力強(qiáng)和耐久性能高的新型鋼

2、筋混凝土構(gòu)件，基于靜載作用下對(duì)該構(gòu)件進(jìn)行非線性有限元分析。研究功能梯度混凝土構(gòu)件在靜載作用下的受力性能，分析其變形機(jī)理。其結(jié)果將為功能梯度混凝土構(gòu)件的分析和設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　本文采用兩點(diǎn)對(duì)稱加載方式，對(duì)36根功能梯度混凝土梁和2根普通混凝土梁進(jìn)行了試驗(yàn)研究，比較分析了各梁跨中撓度、混凝土應(yīng)變、受拉主鋼筋應(yīng)力、各級(jí)荷載下的裂縫寬度及開(kāi)展情況、加載結(jié)束時(shí)梁的平均裂縫間距等參數(shù)。結(jié)果表明:功能梯度混凝土梁其裂縫開(kāi)展過(guò)程與普通鋼筋混

3、凝土梁類似，整個(gè)受力過(guò)程中控裂功能層承擔(dān)了部分拉力，抑制周圍混凝土裂縫的開(kāi)展，減緩試驗(yàn)梁截面中和軸的上移，從而減緩了試驗(yàn)梁剛度的下降。可見(jiàn)，功能梯度混凝土構(gòu)件在減小裂縫寬度、改善構(gòu)件剛度方面較普通鋼筋混凝土構(gòu)件優(yōu)越。
　　利用有限元軟件ABAQUS建立了36根功能梯度混凝土梁及普通鋼筋混凝土梁的模型，對(duì)其進(jìn)行非線性分析，將數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，二者較為吻合。結(jié)果表明:模型選用的參數(shù)、單元類型、材料本構(gòu)關(guān)系較為合理。根據(jù)有