本文關(guān)鍵詞：CFRP加固帶缺陷鋼結(jié)構(gòu)的界面應(yīng)力有限元分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：利用碳纖維增強復合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,簡稱CFRP)加固帶缺陷鋼結(jié)構(gòu),往往粘結(jié)層是最薄弱的環(huán)節(jié)。本文根據(jù)CFRP加固帶缺陷鋼梁與CFRP加固帶缺陷鋼板的試驗模型,通過大型通用商業(yè)有限元軟件ABAQUS,采用混合模式內(nèi)聚力法則作為粘結(jié)層本構(gòu),建立了CFRP加固帶缺陷鋼梁和CFRP加固帶缺陷鋼板的有限元模型。將有限元結(jié)果與試驗結(jié)果進行了對比驗證,分析了CFRP加固帶缺陷鋼梁與CFRP加固帶缺陷鋼板的承載能力和界面裂紋擴展規(guī)律,并對有限元模型進行了參數(shù)分析。主要研究內(nèi)容與結(jié)論包括：(1)建立了CFRP加固帶缺陷鋼梁的有限元模型。有限元結(jié)果與試驗結(jié)果的荷載撓度發(fā)展曲線吻合較好,CFRP縱向應(yīng)變分布也基本保持一致。結(jié)果顯示有限元鋼梁的破壞模式為首先缺口附近的界面應(yīng)力降為0而產(chǎn)生裂紋,隨后往CFRP板端部進行擴展,這也與試驗現(xiàn)象保持一致。有限元結(jié)果與試驗結(jié)果的開裂荷載偏差較小,且極限荷載的最大偏差也小于6.0%。說明利用本文的模型具有良好的精度,結(jié)果是可靠的。(2)基于得到驗證的CFRP加固帶缺陷鋼梁的有限元模型,探討了裂紋深度、CFRP彈性模量和厚度的改變對CFRP加固帶缺陷鋼梁加固效果的影響。結(jié)果表明：裂紋長度越大缺口處界面應(yīng)力下降相對更快,粘結(jié)層更容易開裂,且極限承載力和延性會明顯降低。而CFRP板彈性模量和厚度越大,缺口處界面應(yīng)力下降趨勢相對更緩慢。增大CFRP彈性模量和厚度可以有效延緩粘結(jié)層的開裂并提高極限承載力,但延性會明顯降低而過早發(fā)生剝離。(3)建立了CFRP加固帶缺陷鋼板的有限元模型。結(jié)果表明：全貼加固方式A和邊貼加固方式B的有限元結(jié)果與試驗結(jié)果的荷載應(yīng)變發(fā)展曲線均吻合較好。同時全貼加固方式A的極限荷載相對更大且延性更好,因此加固效果更好。全貼加固方式A和邊貼加固方式B的破壞模式均在板端界面應(yīng)力率先降為0而產(chǎn)生裂紋并往圓孔裂紋附近擴展至剝離,這也與試驗現(xiàn)象一致,進一步驗證了該模型的準確性。(4)基于CFRP加固帶缺陷鋼板的有限元模型,分析了CFRP彈性模量和厚度對兩種加固方式的影響。結(jié)果顯示提高CFRP板的彈性模量和厚度可以明顯提高兩種加固方式的剛度。但CFRP板的彈性模量和厚度的提高對全貼加固方式A的開裂荷載和界面應(yīng)力沒有影響,而會降低極限荷載。同時提高CFRP板的彈性模量和厚度將導致邊貼加固方式B的粘結(jié)層提早發(fā)生軟化,而對開裂荷載和極限荷載的影響很小。
【關(guān)鍵詞】：有限元分析 界面應(yīng)力 CFRP板 缺陷鋼梁 缺陷鋼板
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU391
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 引言13-14
• 1.2 CFRP加固修復鋼結(jié)構(gòu)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)的靜力學性能研究14-15
• 1.2.2 CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)的疲勞性能研究15-16
• 1.2.3 CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)的界面性能研究16-17
• 1.2.4 CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析研究17-19
• 1.3 課題研究的目的和意義19
• 1.4 本文的研究內(nèi)容19-21
• 第二章 CFRP加固帶缺陷鋼結(jié)構(gòu)的粘結(jié)層本構(gòu)模型研究21-32
• 2.1 CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)的粘結(jié)機理21-22
• 2.2 CFRP加固鋼結(jié)構(gòu)的粘結(jié)破壞類型22-23
• 2.3 粘結(jié)層本構(gòu)模型23-30
• 2.3.1 粘結(jié)分離模型24-25
• 2.3.2 粘結(jié)滑移模型25-27
• 2.3.3 混合模式內(nèi)聚力法則27-30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 第三章 CFRP加固帶缺陷鋼梁的界面應(yīng)力有限元分析32-55
• 3.1 CFRP加固帶缺陷鋼梁的有限元分析32-38
• 3.1.1 試驗幾何模型介紹與材料參數(shù)32-35
• 3.1.2 有限元模型的建立步驟介紹35-36
• 3.1.3 模型網(wǎng)格劃分36-38
• 3.2 CFRP加固帶缺陷鋼梁的有限元模型精度驗證38-41
• 3.2.1 荷載-跨中撓度曲線對比驗證38-39
• 3.2.2 CFRP縱向應(yīng)變分布對比驗證39-41
• 3.2.3 CFRP加固帶缺陷鋼梁承載力對比41
• 3.3 CFRP加固帶缺陷鋼梁的界面應(yīng)力分布41-49
• 3.3.1 有限元結(jié)果-粘結(jié)界面應(yīng)力分布41-48
• 3.3.2 有限元與試驗的粘結(jié)界面破壞模式對比48
• 3.3.3 粘結(jié)界面應(yīng)力理論值與有限元結(jié)果對比48-49
• 3.4 參數(shù)分析49-54
• 3.4.1 裂紋長度對CFRP加固帶缺陷鋼梁的影響49-51
• 3.4.2 CFRP彈性模量對CFRP加固帶缺陷鋼梁的影響51-52
• 3.4.3 CFRP板厚度對CFRP加固帶缺陷鋼梁的影響52-54
• 3.5 本章小結(jié)54-55
• 第四章 CFRP加固帶缺陷鋼板的界面應(yīng)力有限元分析55-74
• 4.1 CFRP加固帶缺陷鋼板粘結(jié)層開裂的有限元分析55-60
• 4.1.1 試驗幾何模型介紹與材料參數(shù)55-57
• 4.1.2 兩種加固方式的有限元模型介紹57-60
• 4.2 模型精度驗證-荷載-CFRP應(yīng)變曲線60-61
• 4.2.1 全帖加固方式A荷載-CFRP應(yīng)變曲線60-61
• 4.2.2 邊貼加固方式B荷載-CFRP應(yīng)變曲線61
• 4.3 兩種加固方式的荷載-位移曲線對比61-62
• 4.4 CFRP加固帶缺陷鋼板界面應(yīng)力分布62-67
• 4.4.1 全帖加固方式A的界面應(yīng)力分布62-65
• 4.4.2 邊貼加固方式B的界面應(yīng)力分布65-67
• 4.5 參數(shù)分析67-72
• 4.5.1 CFRP參數(shù)對全帖加固方式A的影響67-70
• 4.5.2 CFRP參數(shù)對邊貼加固方式B的影響70-72
• 4.6 本章小結(jié)72-74
• 結(jié)論與展望74-76
• 參考文獻76-81
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文81-83
• 致謝83

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