压电智能骨料及其监测钢管混凝土应力数值模拟

发布时间：2017-11-02 07:15

  本文关键词：压电智能骨料及其监测钢管混凝土应力数值模拟

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【摘要】：随着建筑技术的不断发展,各种钢管混凝土结构的超高层建筑及大跨桥梁不断涌现。建筑物在地震、风荷载和撞击作用下的灾害事故频频发生,因缺少详细的监测数据,这些建筑物破坏的根本原因尚不能完全分析清楚,因此对复杂建筑结构动力荷载作用下的应力和应变监测成为近年来土木工程领域的热点研究问题。目前对结构动态应力进行监测的方法主要是采用电阻式应变计,但这种传感器仅能布置在结构表面,对混凝土结构内部应力的变化无法监测,尤其是钢管混凝土结构内核心混凝土的应力更无法监测。本文在国家自然科学基金项目《基于压电智能骨料的钢管凝土结构时变应力监测方法与地震灾变机理研究》的资助下,探讨基于压电陶瓷的正压电效应,制作一种大理石基的压电智能骨料,将其埋置于混凝土结构内进行动力荷载作用下的应力监测,主要进行了智能骨料力电效应的数值模拟,以及基于压电智能骨料的混凝土柱和钢管混凝土柱时变应力数值模拟,具体研究内容主要包括以下几个方面：(1)压电智能骨料力电效应理论研究。为了解压电智能骨料在单向动力荷载作用下的工作机理和性能,对其力电效应进行理论分析,通过压电方程推导出压电智能骨料灵敏度系数的理论值。(2)压电智能骨料灵敏度系数有限元分析。利用有限元分析软件ABAQUS对压电智能骨料力电效应进行有限元模拟,并对其进行参数分析,探讨环氧树脂层厚度、压电陶瓷片尺寸对压电智能骨料灵敏度系数的影响。(3)基于压电智能骨料的混凝土柱时变应力监测数值模拟。为研究根据压电智能骨料灵敏度系数监测混凝土柱内部动态应力的可行性,将压电智能骨料埋置于混凝土柱内部,利用有限元软件ABAQUS建模进行仿真模拟,选用C3D8E压电单元模拟压电陶瓷片,选用C3D8R单元模拟素混凝土柱,采用位移加载制度对素混凝土柱施加竖向动荷载。根据数值模拟获取的压电陶瓷片电压值及其理论灵敏度值反推出混凝土柱内部的时变应力。(4)基于压电智能骨料的钢管混凝土柱时变应力监测模拟。在混凝土柱内部时变应力监测模拟的基础上,对钢管混凝土柱进行时变应力数值模拟,研究结果表明本文所建数值模型合理,利用压电智能骨料可以较好地实时监测混凝土结构内部应力。
【关键词】：压电陶瓷 智能骨料 混凝土柱 钢管混凝土柱 应力监测
【学位授予单位】：长江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU398.9;TU317
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-21
• 1.1 选题背景及意义8-12
• 1.2 压电材料12-16
• 1.3 国内外研究现状16-20
• 1.4 本文主要研究内容及研究思路20
• 1.5 本章小结20-21
• 第2章 压电智能骨料力电效应研究21-47
• 2.1 压电智能骨料的形成与发展21-22
• 2.2 压电智能骨料工作原理22-25
• 2.3 压电智能骨料力电效应的有限元模拟25-34
• 2.4 压电智能骨料参数影响分析34-46
• 2.5 本章小结46-47
• 第3章 基于压电智能骨料的混凝土柱应力监测模拟47-55
• 3.1 研究方法及目的47
• 3.2 混凝土柱有限元模拟47-50
• 3.3 有限元模拟分析50-53
• 3.4 有限元结果与理论结果对比53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 基于压电智能骨料的钢管混凝土柱应力监测数值模拟55-60
• 4.1 钢管混凝土柱有限元模拟55-56
• 4.2 有限元模拟分析56-59
• 4.3 本章小结59-60
• 第5章 结论与展望60-62
• 5.1 研究结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 个人简介66-67

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本文编号：1130513