高与超高性能钢纤维增强水泥基复合材料的制备与力学行为

摘要

本文采用多重复合技术和神经网络模型,充分发挥混合材的复合效应和纤维对混凝土的强化、韧化与阻裂功效,制备出高性能与超高性能钢纤维增强水泥基复合材料,系统研究了在静载作用的力学行为和在高速冲击下的动力特性,验证了钢纤维混凝土的多点开裂和延性特征.并运用近代断裂力学、塑性力学和有限元理论建立了相应的数学模型,揭示了钢纤维混凝土的破坏机理.试验结果表明:混凝土中矿物外掺料和钢纤维因各自组分间优势互补、功效叠加,大大地提高了混凝土的强度、韧性和阻裂能力;高强混凝土的破坏呈脆性,而掺入钢纤维与之复合后,高强混凝士的脆性下降,延性和韧性明显提高,呈稳定破坏形态;强度、韧性随着纤维体积率的增长呈递增趋势,应变率增大,材料强度提高,韧性降低;大掺量超细工业废渣制备的生态型RPC具有优异的动载力学性能.借助于由计算机控制能够实现实时反馈的电液伺服试验机和Hopkinson压杆得到了变应变速率的应力-应变全曲线,剖析了应变随应变率的提高而提高,应变率只要有很小的变化就可导致流动应力的明显变化;借助于人工神经网络技术,构建了BP网络模型,可以预测所配制混凝土基体的强度和其他性能;借助于有限元分析,构建了ANSYS断裂模型,可以估算线弹性状态下的应力强度因子和J积分以及弹塑性状态下的J积分.本文从实验和理论两个方面研究了钢纤维混凝土的静态、准静态和动态的力学行为,这对于更准确地理解钢纤维混凝土的力学性能和设计施工都具有重要意义.同时所提供的数学模型和思路可以用来研究解决相关的问题.

目录

文摘

英文文摘

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第一章前言

§1.1钢纤维增强水泥基复合材料(SFRCC)的研究背景和现状

§1.2本文的研究内容和解决的问题

§1.3本文的研究思路和实验工作

第二章钢纤维增强混凝土的基本理论和基本性能

§2.1钢纤维混凝土基本理论

2.1.1钢纤维混凝土的微观作用机理

2.1.2钢纤维增强混凝土破坏过程分析

§2.2钢纤维混凝土基本性能

2.2.1抗压性能

2.2.2抗剪性能

2.2.3拉伸性能

2.2.4抗弯性能

2.2.5抗疲劳性能

2.2.6抗冲击性能

2.2.7韧性

§2.3钢纤维增强混凝土性能划分

第三章基于神经网络优化的SFRCC的制备

§3.1 BP网络简介

§3.2 BP神经网络在高性能混凝土强度预报及优化设计中的应用

3.2.1粉煤灰高强混凝土基体的优化

3.2.2粉煤灰、硅粉共掺高强混凝土基体的优化

3.2.3粉煤灰、硅粉及矿渣共掺高强混凝土基体的优化

§3.3 SFRCC试验配合比

第四章钢纤维增强混凝土的力学性能

§4.1试验概况

4.1.1试验原材料

4.1.2试件尺寸与试验装置

4.1.3力学性能与计算方法

§4.2静态力学性能

4.2.1基体与纤维体积率对SFRC的力学性能影响

4.2.2钢纤维形状对SFRC粘结力的影响

§4.3单轴压缩试验

§4.4动态力学性能

4.4.1材料动态力学性能试验原理

4.4.2生态型RPC材料的冲击压缩性能

4.4.3 ECO-RPC材料冲击轴拉和冲击劈拉性能

第五章基于有限元模型的钢纤维混凝土断裂力学性能分析

§5.1断裂力学、塑性力学和有限元理论简介

5.1.1断裂力学简介

5.1.2塑性理论介绍

5.1.3有限元简介

§5.2钢纤维砼断裂特性的有限元模型

5.2.1求解过程

5.2.2求解结果及其分析

5.2.3尺寸效应分析

第六章结论与展望

§6.1结论

§6.2展望

附录

致谢

参考文献