[发明专利]一种纤维混凝土有限元模型的构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维混凝土有限元模型的构建方法。

背景技术

纤维混凝土是在素混凝土基体中掺入均匀分散的短纤维或是连续的长纤维而组成的一种复合材料。将纤维掺入混凝土后，纤维和混凝土基体粘结在一起，形成一个整体来共同承担力的作用，而纤维具有抗拉强度高、极限延伸率大和耐腐蚀性优良等特性，可以有效地阻碍混凝土中微裂缝和裂缝的产生及扩展，从而显著地提高了混凝土的韧性和延性。利用ANSYS有限元分析软件建立细观层面上带有随机分布的纤维混凝土模型，对其受力试验进行模拟，可以研究不同纤维掺量时混凝土的应力-应变曲线和立方体受力过程中的应力分布情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维混凝土有限元模型的构建方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种纤维混凝土有限元模型的构建方法，按照如下步骤实现：

步骤S1：通过ANSYS有限元软件模拟混凝土，且在建模过程中，考虑混凝土在开裂后的应力软化行为，不考虑混凝土的大变形；

步骤S2：对纤维进行建模；

步骤S3：对玄武岩纤维与混凝土之间的粘结和滑移进行模拟；

步骤S4：设置混凝土和纤维的材料参数；

步骤S5：建立纤维混凝土立方体试块对应的几何模型；

步骤S6：采用扫略网格的方式进行网格划分，利用select通过单元编号选择纤维管单元，再用reselect在已选择的管单元上选择所有节点；然后利用select找到与管单元上节点最近的立方体单元节点，用E命令将对应的两点用弹簧单元连接；

步骤S7：对模型施加荷载及位移约束，对模型进行求解。

在本发明一实施例中，所述步骤S1中，采用ANSYS有限元软件中的solid65实体单元对混凝土进行建模；在solid65实体单元中将extra displacementshapes设置为exclude，将stress relax after cracking设置为include。

在本发明一实施例中，在所述步骤S2中，采用管单元pipe289模拟纤维，将表示随机分布纤维的两端坐标数据通过命令流的形式输入，建立关键点，再用命令将相应的关键点连接建立数条线段以代表纤维。

在本发明一实施例中，在所述步骤S3中，通过combin39弹簧单元模拟玄武岩纤维与混凝土之间的粘结和滑移。

在本发明一实施例中，在所述步骤S3中，粘结滑移关系由拔出破坏的试验数据所拟合的曲线计算获取，且拟合的关系式为：

其中：τ—粘结应力，MPa；

S—滑移量，mm。

在本发明一实施例中，在所述步骤S5中，所述几何模型为150mm×150mm×150mm的立方体，纤维的数量取50根、100根或150根。

在本发明一实施例中，在所述S7中，在模型求解过程中，采用静态分析，设置预计分析的子步数为50步；选择自动时间步长，关闭自适应下降，关闭混凝土的压碎判断功能。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出的一种纤维混凝土有限元模型的构建方法，采管单元模拟混凝土中的纤维，将表示随机分布纤维的两端坐标数据通过命令流的形式输入来建立关键点，再用命令将相应的关键点连接建立数条线段以代表纤维；选用弹簧单元来模拟纤维与混凝土之间的粘结和滑移，粘结滑移关系可由拔出破坏的试验数据所拟合的曲线计算所得。所建立的有限元模型既简便又与实际情况相一致，其分析结果与试验数据相比较十分接近，可以用来分析不同纤维掺量时混凝土的应力-应变曲线及立方体受力过程中的应力分布情况。

附图说明

图1为本发明中采用纤维混凝土有限元模型的构建方法建立的有限元模型示意图。

图2为本发明有限元模型计算所得不同纤维掺量的混凝土的应力应变曲线图。

图3(a)为本发明一实施例中位移荷载为0.139mm时未掺纤维模型的剪应力云图。

图3(b)为本发明一实施例中位移荷载为0.139mm时纤维根数为50模型的剪应力云图。

图3(c)为本发明一实施例中位移荷载为0.139mm时纤维根数为100模型的剪应力云图。

图3(d)为本发明一实施例中位移荷载为0.139mm时纤维根数为150模型的剪应力云图。

图4(a)为本发明一实施例中位移荷载为0.278mm时未掺纤维模型的剪应力云图。