PVA纤维混凝土的力学性能研究及有限元分析

发布时间：2017-05-06 02:10

  本文关键词：PVA纤维混凝土的力学性能研究及有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纤维混凝土能够有效地限制水泥基体中微裂纹的扩展和延伸,还可以提高混凝土强度,弥补普通混凝土的抗拉强度低、延伸率小、脆性等缺陷。这使得很多的学者把纤维混凝土作为重点研究对象,对其开展了大量的力学性能试验和数值模拟研究。目前主流的数值模拟方法是把纤维混凝土当作一种复合材料来看,选取一种最能描述纤维混凝土特性的本构模型来进行计算。本文选取聚乙烯醇(PVA)纤维混凝土为研究对象,对其进行了轴心抗压试验和弯拉试验,同时利用参数化设计单独地建立PVA纤维单元,导入ANSYS进行数值模拟,与试验结果作对比分析。本文主要的研究工作和得出的结论如下:(1)本文利用Rhinoceros的Grasshopper编程插件参数化设计建立随时间均匀散乱分布的PVA纤维线单元,并将单元类型、材料属性赋予纤维,转换成ANSYS可识别的文件。通过Adjacent Regiongs命令将纤维单元节点与混凝土单元连接起来生成约束方程,分别设置混凝土和PVA纤维单元的本构关系,建立PVA纤维混凝土模型。(2)对100mm×100mm×100mm PVA纤维混凝土试块进行轴心抗压试验。结果表明:相对素混凝土而言,PVA体积掺量为0.08%、0.1%的纤维混凝土抗压强度分别提升约3.9%、1.2%,PVA体积掺量为0.2%的纤维混凝土抗压强度比素混凝略低。同时利用ANSYS对试验进行数值模拟,得出的应力-应变曲线走势与试验结果大体一致,只是峰值应力和峰值应变均大于试验值。(3)对400mm×100mm×100mm PVA纤维混凝土试块进行弯拉试验。结果表明:相对素混凝土而言,PVA体积掺量为0.08%、0.1%和0.2%的纤维混凝土的弯拉强度分别提升约5%、7%和3%。同时利用ANSYS对试验进行数值模拟,得出的荷载-挠度曲线走势与试验结果大体一致,也是峰值荷载与峰值挠度均大于试验值。(4)通过ANSYS观察裂纹云图,发现:轴心抗压试件的裂纹是由试块底部开始向上部延伸,再从四周向中间扩展,直至整个试块被压坏;弯拉构件的裂纹是由试块中间底部开始向上部延伸,再由中间向两端扩展,直至试件破坏,但裂缝不会贯通整个试件。从变形云图来看,轴心抗压试验中,试件上端的变形明显大于下端的变形,在同一水平面上,试件两端的变形大于中间部分的变形;弯拉试验中,试件两端和中间部分的变形比较明显,同一竖向面上,试件上下端的变形基本一致。(5)利用ANSYS导出轴心抗压试验数值模拟中PVA纤维的最大拉应力值为151.42MPa,小于其最大抗拉强度1704MPa;弯拉试验中PVA纤维的最大拉应力值为44.24MPa,同样小于其最大抗拉强度。表明不论是在轴心抗压试验还是在弯拉试验中,PVA纤维并没有破坏,而是纤维和混凝土之间的粘接力(约束方程)不够导致纤维脱离工作。
【关键词】：纤维混凝土 PVA纤维 参数化设计 数值模拟
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 纤维混凝土的研究现况11-14
• 1.1.1 纤维混凝土的发展11-12
• 1.1.2 合成纤维混凝土12-14
• 1.2 纤维混凝土的数值模拟进展14-16
• 1.2.1 静态试验模拟14-15
• 1.2.2 动态试验模拟15-16
• 1.3 参数化设计建立纤维混凝土模型16-19
• 1.3.1 参数化设计的概念16
• 1.3.2 参数化设计的优点16-17
• 1.3.3 参数化设计的应用17-19
• 1.4 纤维混凝土的本构关系选择19-20
• 1.4.1 混凝土的本构关系19-20
• 1.4.2 混凝土在ANSYS中的多线型随动强化模型20
• 1.5 本文的研究内容20-21
• 第2章 PVA纤维混凝土的参数化建模21-27
• 2.1 随机均匀散乱分布的PVA纤维单元的创建21-26
• 2.2 PVA纤维混凝土试块的创建26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 PVA纤维混凝土的立方体抗压试验及有限元分析27-47
• 3.1 前言27-30
• 3.1.1 损伤本构模型27-30
• 3.1.2 破坏准则30
• 3.2 PVA纤维混凝土立方体抗压试验30-34
• 3.2.1 试验依据30
• 3.2.2 试件制备30-31
• 3.2.3 试验方法31-33
• 3.2.4 试验结果及其分析33-34
• 3.3 PVA纤维混凝土立方体抗压试验数值模拟34-37
• 3.3.1PVA纤维混凝土的有限元计算模型34
• 3.3.2 立方体抗压试验模型的建立34-37
• 3.4 立方体抗压试验数值模拟结果分析37-45
• 3.4.1 试块的裂纹发展分析37-39
• 3.4.2 试块的应力分析39-40
• 3.4.3 试块的变形分析40-44
• 3.4.4 数值模拟应力-应变曲线分析44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 PVA纤维混凝土的弯拉试验及其有限元分析47-63
• 4.1PVA纤维混凝土弯拉试验47-49
• 4.1.1 试验方法47-48
• 4.1.2 试验结果及其分析48-49
• 4.2 PVA纤维混凝土弯拉试验数值模拟49-53
• 4.2.1 PVA纤维混凝土的有限元计算模型50
• 4.2.2 弯拉试验模型的建立50-53
• 4.3 弯拉试验数值模拟结果及分析53-62
• 4.3.1 试块的裂纹发展分析53-54
• 4.3.2 试块的应力分析54-55
• 4.3.3 试块的变形分析55-60
• 4.3.4 试验和数值模拟的荷载-挠度曲线对比分析60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 总结与展望63-65
• 5.1 本文研究得出的主要结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 附录 1：攻读硕士学位期间发表的学术论文69
• 附录 2：攻读硕士学位期间参与的科研情况69

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