钢纤维混凝土等效弹性模量的均匀化理论及计算

摘要

钢纤维混凝土是一种性能优良、运用较广的新型复合材料，钢纤维混凝土抗拉、抗弯以及抗剪强度比普通混凝土强度高，前人对钢纤维混凝土的力学性能进行了广泛的研究。弹性模量是钢纤维混凝土的一项重要的力学性能，前人一般采用实验法或者理论计算法对钢纤维混凝土弹性模量进行研究，本文采用均匀化理论结合有限元分析研究二维乱向钢纤维混凝土等效弹性模量。主要研究内容及结论如下：
　　（1）对钢纤维的应用与发展、钢纤维在混凝土内大体的分布情况、钢纤维的基本特性以及钢纤维混凝土的发展和应用现状、基本理论研究做了总结回顾。
　　（2）对均匀化理论以及将钢纤维混凝土进行均匀化处理做了详细的介绍。
　　（3）建立3D单胞模型，将几何模型导入HyperMesh，划分网格、分配材料属性、导出模型并导入ANSYS，编写均匀化程序完成有限元模型后处理。
　　（4）研究钢纤维混凝土内钢纤维的不同含量、不同长径比、不同分布以及基体不同强度对等效弹性模量的影响，并将得到的数值与文献值进行对比。研究结果表明：钢纤维含量的增加能提高材料的等效弹性模量、长径比的改变对材料的等效弹性模量的影响不是很大、钢纤维的分布能改变材料的弹性模量、基体强度的改变能改变材料的等效弹性模量、当钢纤维体积率低于1.2％时，等效弹性模量与现有研究成果基本吻合，可知利用均匀化理论研究二维乱向分布的钢纤维混凝土弹性模量具有可行性。当钢纤维体积率超过1.2%时，不适应于运用均匀化理论计算其等效弹性模量。
　　（5）现今广泛运用的层布式钢纤维混凝土路面是由二维乱向钢纤维混凝土组成，当钢纤维含量低于1.2%时，对于采用钢纤维混凝土的刚性路面可用均匀化方法，将路面各层均匀化成为一个叠层板体系用以研究路面的受力性能。

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第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 钢纤维混凝土的研究概况与应用现状

1.3 钢纤维混凝土有效弹性模量的研究现状

1.4 钢纤维

1.5 钢纤维混凝土的基本特性

1.6 本文的主要研究内容

第2章 钢纤维混凝土的基本理论

2.1 概述

2.2 钢纤维混凝土增强机理

第3章 渐近均匀化理论概述

3.1 概述

3.2 周期性结构体的渐近均匀化理论

3.3 AHM方法理论描述

3.4 AHM的有限元实现

第4章 钢纤维混凝土等效弹性模量的计算

4.1 概述

4.2 HyperMesh进行有限元前处理

4.3 计算模型

4.4 钢纤维混凝土弹性模量的计算与分析

4.5 均匀化理论与实验值的对比

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学位论文