本文關鍵詞：受沖擊FRP-鋼管混凝土構件理論研究與數(shù)值仿真，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著FRP-鋼管混凝土(簡稱FRP-CFST)新型結構研究深入,相應如抗腐蝕、抗彎等結構性能的實驗研究與理論分析均取得一定的成果,而針對此類結構橫向沖擊荷載作用時動力響應分析,無論在試驗、理論與數(shù)值模擬均相對較少,無法滿足FRP-CFST結構受沖擊損傷和破壞預測與維護要求。針對上述情況,本文選取FRP-CFST兩端簡支梁受橫向沖擊模型作為分析對象,側重從理論分析與數(shù)值模擬方向展開討論。理論方面,結合梁振動理論與Hertz理論,采用Lagrange方程求解沖擊荷載作用下簡支梁動力響應,其間引入球與圓柱接觸應力與變形關系解決非線性Hertz接觸算法定量化問題,進而針對不同接觸算法及假定,側重對線性接觸、考慮慣性力作用與否三類情況,并從彈性、塑性兩階段對FRP-CFST簡支梁計算,采用MATLAB求解參數(shù)指標如沖擊力峰值、整體撓度、局部壓痕等結果對比分析,研究了FRP對受沖擊構件整體剛度與局部剛度的影響。數(shù)值模擬方面,采用大型ABAQUS有限元軟件,針對已有鋼管混凝土(簡稱CFST)以及FRP-CFST側向沖擊試驗進行模擬,并在確保模型建立的正確性前提下,選取理論采用模型模擬對比以及進行相應參數(shù)化延拓模擬分析。理論與模擬結果對比表明,不同接觸算法及考慮慣性力與否對不同構件吻合程度并不一致；而對已同種類型構件,采用考慮慣性力作用的非線性接觸算法與數(shù)值模擬結果最為接近。數(shù)值模擬結果表明,FRP層不僅能改善橫向沖擊下構件整體性能,通過能量吸收更能改善局部抗沖擊性能,起到良好的緩沖作用。由于理論分析及數(shù)值模擬均在一定假設前提下展開,而與實際有偏差,需進一步完善,文中亦給出考慮材料阻尼與剛度折減問題的計算方法,其正確性則需進一步大量試驗與數(shù)值模擬輔證。
【關鍵詞】：FRP-鋼管混凝土 側向沖擊 理論分析 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU398.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 FRP-鋼管混凝土特點與應用11-12
• 1.2 選題背景與意義12-13
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 沖擊問題研究方法13-15
• 1.3.2 沖擊模型的建立15-18
• 1.4 CFST及FRP-CFST研究現(xiàn)狀18-22
• 1.4.1 鋼管混凝土結構18-20
• 1.4.2 FRP-鋼管混凝土結構20-22
• 1.5 本文研究內容22-25
• 1.5.1 理論分析23
• 1.5.2 數(shù)值仿真23-24
• 1.5.3 理論分析與仿真結果對比24-25
• 第2章 簡支梁受橫向沖擊理論分析25-37
• 2.1 彈性簡支梁受橫向沖擊理論分析25-33
• 2.1.1 簡支梁振型25-27
• 2.1.2 線性接觸準則橫向沖擊理論27-28
• 2.1.3 非線性接觸準則橫向沖擊理論28-33
• 2.2 塑性簡支梁受橫向沖擊理論分析33-37
• 2.2.1 不同接觸準則下塑性鉸理論33-35
• 2.2.2 最終撓度35-37
• 第3章 FRP-鋼管混凝土簡支構件橫向沖擊理論分析37-49
• 3.1 彈性階段線性接觸FRP-CFST理論分析37-41
• 3.1.1 含CFRP鋪層CFST構件37-40
• 3.1.2 含CFRP鋪層CFRP-CFST構件40-41
• 3.2 非線性接觸條件下FRP-CFST橫向沖擊理論分析41-44
• 3.2.1 含CFRP鋪層CFST構件41-43
• 3.2.2 含CFRP鋪層CFRP-CFST構件43-44
• 3.3 塑性階段FRP-CFST構件理論分析44-49
• 3.3.1 FRP-CFST構件截面極限彎矩簡化推導44-46
• 3.3.2 FRP-CFST構件截面極限彎矩計算分析46-49
• 第4章 數(shù)值仿真分析49-87
• 4.1 數(shù)值建模概況49
• 4.2 材料模型49-57
• 4.2.1 鋼材料屬性49-51
• 4.2.2 混凝土材料屬性51-53
• 4.2.3 纖維增強復合材料53-57
• 4.3 有限元模型建立57-58
• 4.3.1 相互作用(Interation)57
• 4.3.2 載荷定義(Load)57
• 4.3.3 網(wǎng)格劃分(Mesh)57-58
• 4.3.4 分析計算(Job)58
• 4.3.5 后處理(ABAQUS/Viewer)58
• 4.4 鋼管混凝土數(shù)值模擬58-70
• 4.4.1 試驗簡介58-59
• 4.4.2 試驗模擬59-61
• 4.4.3 數(shù)值模擬與試驗結果對比61-70
• 4.5 FRP-鋼管混凝土試件橫向沖擊試驗模擬70-78
• 4.5.1 試驗簡介70-72
• 4.5.2 試驗模擬72-74
• 4.5.3 數(shù)值模擬與試驗結果對比74-78
• 4.6 數(shù)值模擬延拓分析78-87
• 4.6.1 不含墊塊FRP鋼管混凝土模擬分析79-83
• 4.6.2 含墊塊FRP鋼管混凝土模擬分析83-85
• 4.6.3 墊層與FRP包裹層對試件抗沖擊性能的影響分析85-87
• 第5章 理論與模擬結果對比驗證87-104
• 5.1 彈性階段線性接觸橫向沖擊理論驗證87-90
• 5.1.1 含CFRP鋪層CFST構件理論驗證87-88
• 5.1.2 含CFRP鋪層CFRP-CFST構件理論驗證88-90
• 5.2 彈性階段非線性接觸橫向沖擊理論驗證90-96
• 5.2.1 含CFRP鋪層CFST構件理論驗證90-93
• 5.2.2 含CFRP鋪層CFRP-CFST構件理論驗證93-96
• 5.3 塑性階段理論驗證96-104
• 5.3.1 CFST相關理論驗證96-98
• 5.3.2 FRP-CFST截面彎矩驗證98-99
• 5.3.3 含CFRP墊塊CFST構件塑性理論最大撓度驗證99-101
• 5.3.4 含CFRP墊塊CFRP-CFST構件塑性理論最大撓度驗證101-104
• 第6章 結論與展望104-107
• 6.1 結論104-106
• 6.2 展望106-107
• 參考文獻107-115
• 附錄1 接觸公式系數(shù)表115-116
• 附錄2 四階RUNGE-KUTTA法MATLAB函數(shù)句柄116-119
• 致謝119

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