[發(fā)明專利]一種纖維混凝土有限元模型的構(gòu)建方法

在審

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• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106874603A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳峰
• 申請（專利權(quán)）人: 福建江夏學(xué)院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種纖維混凝土有限元模型的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

纖維混凝土是在素混凝土基體中摻入均勻分散的短纖維或是連續(xù)的長纖維而組成的一種復(fù)合材料。將纖維摻入混凝土后，纖維和混凝土基體粘結(jié)在一起，形成一個整體來共同承擔(dān)力的作用，而纖維具有抗拉強(qiáng)度高、極限延伸率大和耐腐蝕性優(yōu)良等特性，可以有效地阻礙混凝土中微裂縫和裂縫的產(chǎn)生及擴(kuò)展，從而顯著地提高了混凝土的韌性和延性。利用ANSYS有限元分析軟件建立細(xì)觀層面上帶有隨機(jī)分布的纖維混凝土模型，對其受力試驗進(jìn)行模擬，可以研究不同纖維摻量時混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線和立方體受力過程中的應(yīng)力分布情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種纖維混凝土有限元模型的構(gòu)建方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種纖維混凝土有限元模型的構(gòu)建方法，按照如下步驟實現(xiàn)：

步驟S1：通過ANSYS有限元軟件模擬混凝土，且在建模過程中，考慮混凝土在開裂后的應(yīng)力軟化行為，不考慮混凝土的大變形；

步驟S2：對纖維進(jìn)行建模；

步驟S3：對玄武巖纖維與混凝土之間的粘結(jié)和滑移進(jìn)行模擬；

步驟S4：設(shè)置混凝土和纖維的材料參數(shù)；

步驟S5：建立纖維混凝土立方體試塊對應(yīng)的幾何模型；

步驟S6：采用掃略網(wǎng)格的方式進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用select通過單元編號選擇纖維管單元，再用reselect在已選擇的管單元上選擇所有節(jié)點(diǎn)；然后利用select找到與管單元上節(jié)點(diǎn)最近的立方體單元節(jié)點(diǎn)，用E命令將對應(yīng)的兩點(diǎn)用彈簧單元連接；

步驟S7：對模型施加荷載及位移約束，對模型進(jìn)行求解。

在本發(fā)明一實施例中，所述步驟S1中，采用ANSYS有限元軟件中的solid65實體單元對混凝土進(jìn)行建模；在solid65實體單元中將extra displacementshapes設(shè)置為exclude，將stress relax after cracking設(shè)置為include。

在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S2中，采用管單元pipe289模擬纖維，將表示隨機(jī)分布纖維的兩端坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過命令流的形式輸入，建立關(guān)鍵點(diǎn)，再用命令將相應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)連接建立數(shù)條線段以代表纖維。

在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S3中，通過combin39彈簧單元模擬玄武巖纖維與混凝土之間的粘結(jié)和滑移。

在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S3中，粘結(jié)滑移關(guān)系由拔出破壞的試驗數(shù)據(jù)所擬合的曲線計算獲取，且擬合的關(guān)系式為：

其中：τ—粘結(jié)應(yīng)力，MPa；

S—滑移量，mm。

在本發(fā)明一實施例中，在所述步驟S5中，所述幾何模型為150mm×150mm×150mm的立方體，纖維的數(shù)量取50根、100根或150根。

在本發(fā)明一實施例中，在所述S7中，在模型求解過程中，采用靜態(tài)分析，設(shè)置預(yù)計分析的子步數(shù)為50步；選擇自動時間步長，關(guān)閉自適應(yīng)下降，關(guān)閉混凝土的壓碎判斷功能。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提出的一種纖維混凝土有限元模型的構(gòu)建方法，采管單元模擬混凝土中的纖維，將表示隨機(jī)分布纖維的兩端坐標(biāo)數(shù)據(jù)通過命令流的形式輸入來建立關(guān)鍵點(diǎn)，再用命令將相應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)連接建立數(shù)條線段以代表纖維；選用彈簧單元來模擬纖維與混凝土之間的粘結(jié)和滑移，粘結(jié)滑移關(guān)系可由拔出破壞的試驗數(shù)據(jù)所擬合的曲線計算所得。所建立的有限元模型既簡便又與實際情況相一致，其分析結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)相比較十分接近，可以用來分析不同纖維摻量時混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線及立方體受力過程中的應(yīng)力分布情況。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中采用纖維混凝土有限元模型的構(gòu)建方法建立的有限元模型示意圖。

圖2為本發(fā)明有限元模型計算所得不同纖維摻量的混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。

圖3(a)為本發(fā)明一實施例中位移荷載為0.139mm時未摻纖維模型的剪應(yīng)力云圖。

圖3(b)為本發(fā)明一實施例中位移荷載為0.139mm時纖維根數(shù)為50模型的剪應(yīng)力云圖。

圖3(c)為本發(fā)明一實施例中位移荷載為0.139mm時纖維根數(shù)為100模型的剪應(yīng)力云圖。

圖3(d)為本發(fā)明一實施例中位移荷載為0.139mm時纖維根數(shù)為150模型的剪應(yīng)力云圖。

圖4(a)為本發(fā)明一實施例中位移荷載為0.278mm時未摻纖維模型的剪應(yīng)力云圖。