鋼纖維混凝土的動態(tài)本構模型及其有限元方法.pdf

1、鋼纖維混凝土(steel fiber reinforced concrete，SFRC)是一種現(xiàn)代的新型混凝土，它是在普通混凝土中摻入亂向分布的鋼纖維后所形成的一種多相復合材料。由于鋼纖維的存在能夠有效阻礙混凝土內部微裂紋的擴展，顯著提高了混凝土基體的韌性、延性和抗沖擊等性能。由于SFRC中亂向分布的鋼纖維增加了此類混凝土成分的復雜性，因此它是一種性能極為復雜的材料，對它的力學性能的研究至今尚未完善。鋼纖維的幾何尺寸和摻量大小等因素對S

2、FRC的物理、力學性能有著重要影響，因此對SFRC特別是其在動態(tài)載荷作用下的基本力學性能和本構理論的研究仍顯得亟為迫切。本文主要在對SFRC進行準靜態(tài)試驗和SHPB沖擊壓縮試驗研究的基礎上，建立了SFRC的兩個動態(tài)本構模型，并將其嵌入有限元計算中，以進行SFRC結構動態(tài)響應的數(shù)值分析，具體包括以下工作：
　　 ⑴對鋼纖維混凝土試件進行了沖擊壓縮試驗和準靜態(tài)試驗研究。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，得到了鋼纖維混凝土在不同基體強度、鋼纖維含

3、量及應變率下的應力-應變關系曲線。
　　 ⑵基于試驗結果，以混凝土HJC動態(tài)本構模型為基礎，通過對鋼纖維混凝土的應變率效應以及鋼纖維的增強、增韌效應進行分析，提出了一個適用于鋼纖維混凝土的改進的HJC動態(tài)本構模型。此模型改進了HJC本構模型的屈服面方程和損傷演化方程，以使其能反映鋼纖維的增強、增韌作用。算例顯示，本文建立的鋼纖維混凝土在沖擊荷載作用下的改進HJC動態(tài)本構模型是合理有效的。
　　 ⑶利用與遺傳算法結合的改進

4、BP神經(jīng)網(wǎng)絡，以鋼纖維混凝土試驗數(shù)據(jù)作為訓練樣本，當前應變增量、應變率、以及上一時間步的應變、應力和應變率作為輸入量，當前應力增量為輸出量，對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，建立了鋼纖維混凝土的神經(jīng)網(wǎng)絡動態(tài)本構模型。算例顯示，此動態(tài)本構模型是合理的。
　　 ⑷在有限元計算過程中利用神經(jīng)網(wǎng)絡本構模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的材料本構模型，提出了鋼纖維混凝土結構動力分析基于神經(jīng)網(wǎng)絡的有限元方法
　　 ⑸對大型有限元軟件ABAQUS/Explicit進行二