鋼纖維混凝土的動態(tài)本構(gòu)模型及其有限元方法.pdf

1、鋼纖維混凝土(steel fiber reinforced concrete，SFRC)是一種現(xiàn)代的新型混凝土，它是在普通混凝土中摻入亂向分布的鋼纖維后所形成的一種多相復(fù)合材料。由于鋼纖維的存在能夠有效阻礙混凝土內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展，顯著提高了混凝土基體的韌性、延性和抗沖擊等性能。由于SFRC中亂向分布的鋼纖維增加了此類混凝土成分的復(fù)雜性，因此它是一種性能極為復(fù)雜的材料，對它的力學(xué)性能的研究至今尚未完善。鋼纖維的幾何尺寸和摻量大小等因素對S

2、FRC的物理、力學(xué)性能有著重要影響，因此對SFRC特別是其在動態(tài)載荷作用下的基本力學(xué)性能和本構(gòu)理論的研究仍顯得亟為迫切。本文主要在對SFRC進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)試驗和SHPB沖擊壓縮試驗研究的基礎(chǔ)上，建立了SFRC的兩個動態(tài)本構(gòu)模型，并將其嵌入有限元計算中，以進(jìn)行SFRC結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)的數(shù)值分析，具體包括以下工作：
　　 ⑴對鋼纖維混凝土試件進(jìn)行了沖擊壓縮試驗和準(zhǔn)靜態(tài)試驗研究。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，得到了鋼纖維混凝土在不同基體強(qiáng)度、鋼纖維含

3、量及應(yīng)變率下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線。
　　 ⑵基于試驗結(jié)果，以混凝土HJC動態(tài)本構(gòu)模型為基礎(chǔ)，通過對鋼纖維混凝土的應(yīng)變率效應(yīng)以及鋼纖維的增強(qiáng)、增韌效應(yīng)進(jìn)行分析，提出了一個適用于鋼纖維混凝土的改進(jìn)的HJC動態(tài)本構(gòu)模型。此模型改進(jìn)了HJC本構(gòu)模型的屈服面方程和損傷演化方程，以使其能反映鋼纖維的增強(qiáng)、增韌作用。算例顯示，本文建立的鋼纖維混凝土在沖擊荷載作用下的改進(jìn)HJC動態(tài)本構(gòu)模型是合理有效的。
　　 ⑶利用與遺傳算法結(jié)合的改進(jìn)

4、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以鋼纖維混凝土試驗數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，當(dāng)前應(yīng)變增量、應(yīng)變率、以及上一時間步的應(yīng)變、應(yīng)力和應(yīng)變率作為輸入量，當(dāng)前應(yīng)力增量為輸出量，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，建立了鋼纖維混凝土的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)本構(gòu)模型。算例顯示，此動態(tài)本構(gòu)模型是合理的。
　　 ⑷在有限元計算過程中利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本構(gòu)模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的材料本構(gòu)模型，提出了鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)動力分析基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有限元方法
　　 ⑸對大型有限元軟件ABAQUS/Explicit進(jìn)行二