機(jī)敏混凝土結(jié)構(gòu)的溫差變形自調(diào)節(jié)研究.pdf

1、該文的主要成果及創(chuàng)新之處如下:1、利用碳纖維機(jī)敏混凝土的功能特性,并利用疊層結(jié)構(gòu)的功能可復(fù)合性與材料特性可設(shè)計(jì)性,研制了集傳感與驅(qū)動(dòng)等功能特性和結(jié)構(gòu)性能于一體的碳纖維(氈)機(jī)敏混凝土疊層結(jié)構(gòu),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究分析了疊層梁的電熱效應(yīng)和電熱響應(yīng),得到疊層梁的電熱驅(qū)動(dòng)規(guī)律,為結(jié)構(gòu)的溫差、變形調(diào)節(jié)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù).2、將輸入功率處理為熱傳導(dǎo)邊界條件,建立了機(jī)械混凝土疊層梁電-熱-力耦合問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型,并結(jié)合熱彈性理論獲得了機(jī)敏混凝土梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度場(chǎng)、

2、應(yīng)力場(chǎng)及變形響應(yīng)的解析解.結(jié)果顯示:碳纖維機(jī)敏混凝土覆層電熱效應(yīng)驅(qū)動(dòng)下的梁內(nèi)溫升及變形與輸入功率成正比,變形主要由梁上下表面的溫差引起,穩(wěn)定溫差導(dǎo)致梁穩(wěn)定的變形;并將該解析解與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比,其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果規(guī)律相同.該解析解為機(jī)敏混凝土結(jié)構(gòu)溫差與變形自調(diào)節(jié)提供了重要理論基礎(chǔ).3、建立了混凝土疊層梁電-熱-力耦合的有限元平面和三維模型,利用Marc有限元軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,將所得結(jié)果與解析結(jié)果及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,進(jìn)一步驗(yàn)證了理論模型的可行

3、性和有限元數(shù)值模擬的有效性.在有限元數(shù)值模擬過(guò)程中,分別對(duì)有鋼筋和無(wú)鋼筋的機(jī)敏混凝土結(jié)構(gòu)的電、熱性能的影響進(jìn)行了分析.結(jié)果顯示:由于混凝土的熱學(xué)參數(shù)與力學(xué)參數(shù)與鋼筋相差甚遠(yuǎn),導(dǎo)致有筋疊層梁的電熱溫度場(chǎng)及變形與無(wú)筋疊層梁不同,在箍筋附近的表面,發(fā)熱面溫度比無(wú)筋處略低,而低溫面則相反;梁的變形比無(wú)筋疊層梁小;但鋼筋對(duì)結(jié)構(gòu)的電性能無(wú)明顯影響.該問(wèn)題的研究為實(shí)際鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的運(yùn)用打下必要的基礎(chǔ).4、通過(guò)對(duì)碳纖維機(jī)敏混凝土的溫敏性、以及溫敏混凝

4、土的布置設(shè)計(jì)研究,從結(jié)構(gòu)層次上首次實(shí)施了碳纖維水泥基復(fù)合材料的溫度、溫差、變形自監(jiān)測(cè)、溫度與變形自調(diào)節(jié)的功能.具體研究了短切碳纖維(氈)混凝土疊層梁的溫敏性和Seebeck效應(yīng),并實(shí)施了溫度、溫差在線檢測(cè);提出了在溫度調(diào)節(jié)過(guò)程中,疊層梁變形檢測(cè)的溫度補(bǔ)償.5、針對(duì)電熱作動(dòng)系統(tǒng)大慣性、大遲延的特點(diǎn),提出了采用模糊與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的控制方法對(duì)疊層梁的溫差、變形進(jìn)行調(diào)節(jié);并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了疊層梁的溫差與變形的自調(diào)節(jié),從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,利用碳纖維機(jī)