【摘要】：近年來,FRP復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在海洋、航空工程以及橋梁工程等領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。作為一種新型橋面板結(jié)構(gòu),FRP復(fù)合材料夾芯橋面板具有比強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)強(qiáng)、穩(wěn)定性高、抗沖擊性能好等優(yōu)點(diǎn),成為復(fù)合材料橋梁結(jié)構(gòu)中主要的橋面板形式之一。準(zhǔn)確并快速地預(yù)測FRP復(fù)合材料夾芯橋面板的強(qiáng)度成為其應(yīng)用過程中關(guān)鍵問題之一。本文主要內(nèi)容包括：(1)根據(jù)能量法,梁理論和變形協(xié)調(diào)條件,推導(dǎo)了考慮面板約束的FRP復(fù)合材料三角形夾芯橋面板的等效彈性常數(shù)計(jì)算公式。通過算例分析,證明了面板約束對FRP復(fù)合材料三角形夾芯橋的等效彈性常數(shù)有顯著影響。與現(xiàn)有理論的計(jì)算結(jié)果對比,表明了本文的等效彈性常數(shù)公式具有更高的精度。此外,還揭示了FRP復(fù)合材料夾芯橋面板的幾何參數(shù)和材料參數(shù)對其等效彈性常數(shù)的影響規(guī)律。(2)基于唯象分析法和漸進(jìn)損傷理論,將FRP復(fù)合材料層合板的失效準(zhǔn)則,剛度折減方案融入到有限元軟件abaqus的用戶子程序usdfld中,建立3維實(shí)體模型,分別對在單向拉伸/壓縮荷載下的FRP復(fù)合材料層合板進(jìn)行強(qiáng)度分析。通過有限元結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比,驗(yàn)證了該方法對FRP復(fù)合材料層合板的極限強(qiáng)度預(yù)報(bào)較為精確。此外,還研究了不同尺寸,不同鋪層對FRP復(fù)合材料層合板極限強(qiáng)度的影響。(3)基于連續(xù)介質(zhì)損傷理論和漸進(jìn)損傷理論,引入內(nèi)部損傷狀態(tài)變量和有效應(yīng)力,編寫了有限元軟件abaqus的用戶子程序umat,將FRP復(fù)合材料失效前/后的本構(gòu)關(guān)系,失效準(zhǔn)則集成到有限元分析中,建立3維實(shí)體模型,分別對在單向拉伸/壓縮荷載下的FRP復(fù)合材料層合板進(jìn)行強(qiáng)度分析,其中：內(nèi)部損傷狀態(tài)變量的演化由FRP復(fù)合材料自身屬性和其所處的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)共同控制。通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析,表明了該方法對FRP復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度分析更加貼近實(shí)際情況,極限強(qiáng)度預(yù)報(bào)精度也更高。(4)對FRP復(fù)合材料三角形夾芯橋面板產(chǎn)品FBD600進(jìn)行簡化,建立3維實(shí)體模型,并結(jié)合復(fù)合材料的強(qiáng)度理論,對彎曲荷載下FRP復(fù)合材料三角形夾芯橋面板強(qiáng)度進(jìn)行分析。通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比分析,有限元的分析結(jié)果吻合較好,并揭示了FRP復(fù)合材料三角形夾芯橋面板受彎曲荷載后的失效位置分布和損傷擴(kuò)展情況。(5)根據(jù)FRP復(fù)合材料三角形夾芯橋面板夾芯層的等效彈性常數(shù)公式,將橋面板等效成3層復(fù)合材料層合板,再結(jié)合復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度理論,從而實(shí)現(xiàn)對FRP復(fù)合材料三角形夾芯橋面板彎曲極限荷載的快速預(yù)報(bào)。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比,驗(yàn)證了該方法的有效性。
[Abstract]:In recent years, FRP composite structures have been applied more and more in ocean, aviation engineering and bridge engineering. As a new type of bridge deck structure, FRP composite sandwich deck slab has the advantages of high specific strength, high design, high stability and good impact resistance. It has become one of the main bridge deck forms in composite bridge structure. Accurate and fast prediction of the strength of FRP composite sandwich deck is one of the key problems in its application. The main contents of this paper are as follows: (1) based on the energy method, beam theory and deformation coordination conditions, the equivalent elastic constants of FRP composite triangular sandwich deck are derived. It is proved that the effective elastic constants of FRP composite triangular sandwich bridge are significantly affected by panel constraints. Compared with the calculation results of the existing theory, it is shown that the formula of equivalent elastic constant in this paper has higher accuracy. In addition, the effects of geometric and material parameters on the equivalent elastic constants of FRP composite sandwich deck panels are also revealed. (2) based on phenomenological analysis and progressive damage theory, the failure criteria of FRP composite laminates are presented. The stiffness reduction scheme is integrated into the user subroutine usdfld of the finite element software abaqus, and the 3D solid model is established. The strength analysis of FRP composite laminates under uniaxial tensile / compression loads is carried out respectively. By comparing the finite element results with the experimental results, it is verified that the method is more accurate in predicting the ultimate strength of FRP composite laminated plates. In addition, the effects of different sizes and layers on the ultimate strength of FRP composite laminates are studied. (3) based on continuum damage theory and progressive damage theory, internal damage state variables and effective stresses are introduced. The user subprogram umat, of the finite element software abaqus is written to integrate the constitutive relation of FRP composite before and after failure, and the failure criterion is integrated into the finite element analysis, and the 3D solid model is established. The strength analysis of FRP composite laminates under uniaxial tensile / compression loads is carried out respectively. The evolution of internal damage state variables is controlled by the properties of FRP composites and the stress-strain states in which they are located. By comparing with the experimental results, it is shown that the strength analysis of FRP composite laminates by this method is closer to the actual situation. The prediction accuracy of ultimate strength is also higher. (4) the FBD600 of triangular sandwich deck plate of FRP composite material is simplified, and the 3D solid model is established, and the strength theory of composite material is combined. The strength of triangular sandwich deck of FRP composite under bending load was analyzed. The results of finite element analysis are in good agreement with the experimental results. The failure location distribution and damage propagation of FRP composite triangular sandwich deck after bending load are revealed. (5) according to the equivalent elastic constant formula of sandwich layer of triangle sandwich deck plate of FRP composite material, The bridge deck plate is equivalent to a three-layer composite laminated plate and the strength theory of the composite laminated plate is combined to realize the fast prediction of the bending limit load of the triangular sandwich deck plate of FRP composite material. The effectiveness of the method is verified by comparing the experimental results.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U441.4;U443.31

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本文編號：2370927