SMAs复合材料层板大变形分析计算

SMAs复合材料层板大变形分析计算（共2篇）

SMAs复合材料层板大变形分析计算 篇1

复合材料叠层板固化成型后的变形分析计算

分析复合材料铺层的微观结构,研究复合材料成型过程变形特点,以此建立两类针对性的`有限元模型,并采用典型复合材料叠层板固化成型温度载荷,进行叠层板翘曲变形和板内应力的计算分析.在此基础上,将计算结果与实际试验制件实测结果进行对比.结果表明,本文所提供的有限元分析计算模型可对实际情况进行简便和较为精确的模拟.

作 者：官霆 孙良新 邢丽英 Guan Ting Sun Liangxin Xing Liying 作者单位：官霆,孙良新,Guan Ting,Sun Liangxin(南京航空航天大学航空宇航学院,南京,210016)

邢丽英,Xing Liying(北京航空材料研究院,北京,100095)

刊 名：宇航材料工艺 ISTIC PKU英文刊名：AEROSPACE MATERIALS & TECHNOLOGY年，卷(期)：36(1)分类号：V25关键词：复合材料 叠层板 残余应力 残余变形

SMAs复合材料层板大变形分析计算 篇2

1 混凝土的收缩

1.1 收缩裂缝机理

1)自生收缩(硬化收缩)是混凝土硬化过程中由于化学作用引起的收缩,是化学结合水与水泥的化合结果,即水泥与水化合作用后生成物体积小于原物料体积,这种收缩与外界湿度无关。

2)干燥收缩(失水收缩)是由于存在于水泥凝胶中的水分发生的毛细管张力造成混凝土的收缩,即混凝土中存在极细的孔隙(毛细管),水从中逸出,在这些毛细孔中产生毛细管张力使混凝土产生变形,造成干燥收缩。

3)塑性收缩是在混凝土浇筑后4 h～15 h之间,水泥水化反应剧烈,分子链逐渐形成,出现泌水和水分急剧蒸发现象,引起失水收缩,因是在初凝过程中发生的收缩,故也称之为凝缩,此时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形,这些都发生在混凝土终凝之前,即塑性阶段,故也称塑性收缩。所以大体积混凝土经常在浇筑4 h～15 h内,表面上尤其是在养护不良的部位出现龟裂,裂缝无规则,即宽又密,往往沿钢筋分布,属表面裂缝。

4)碳化收缩是大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反应引起的收缩变形,各种水化物的碱度不同,结晶水及水分子数量不等,碳化收缩量也大不相同。碳化作用只有在适度的湿度,约50%才发生,且随二氧化碳浓度增加速度加快,它与干燥收缩一起导致表面开裂和面层碳化。

5)温度收缩,和其他材料一样,混凝土也会发生热胀冷缩,即升温膨胀,降温收缩。当混凝土产生收缩变形,而这种变形又受到约束时,就产生了收缩裂缝,对于大体积混凝土结构,产生收缩裂缝的主要原因还是温度收缩裂缝。一般在大体积混凝土结构的抗裂缝计算中,也主要是对温度收缩裂缝进行定量计算,对其他裂缝进行定性的构造防范或并入温度收缩裂缝应力计算中。混凝土的收缩与徐变一样,都是随时间进行的缓慢过程。

1.2 收缩变形的计算

对于收缩变形值的理论计算,王铁梦教授在《工程结构裂缝控制》中总结了任意时间素混凝土(包括低配筋混凝土)收缩量计算公式,公式如下:

εy(t)=ε${}_y^0$·M1·M2·…·Mn(1-e-bt) (1)

其中,εy(t)为任意时间的收缩,t(时间)以天为单位;b为经验系数,一般取0.01,养护较差时取0.03;ε${}_y^0$为标准状态下的极限收缩,以结构相对收缩变形表示为:3.24×10-4;M1,M2,…,Mn为考虑各种非标准条件下的修正系数。

构件截面尺寸对干缩的影响,采用截面水力半径倒数作为反映截面在大气中的暴露程度来表示。水力半径按水力学概念是河流横截面积与其润周之比(润周是水与土基接触的周边长度)。相对于混凝土构件的水力半径倒数,即构件受包围截面的周长L(与大气接触的边长)与该周边所包围的截面面积F之比。

收缩变形值(应变)计算的最终目的是要得到收缩应力,目前工程中常用的方法是将收缩应力并入温度应力的计算中去,将所求得的混凝土收缩变形值除以混凝土的线膨胀系数得到等效温差T,即将混凝土的收缩值换算成相当于引起同样温度变形所需要的温度值,得到“收缩当量温差”。

Ty(t)=εy(t)/α (2)

其中,t为混凝土龄期;α为混凝土线膨胀系数;εy(t)为混凝土收缩应变。

2 混凝土的徐变

2.1 混凝土徐变机理

徐变也称蠕变,它研究结构材料在任意荷载、任意小的应力作用下,随时间的增长所产生的非弹性性质。这种性质,在力学中属于“流变学”的研究范围。混凝土的徐变性质在结构中可能引起两种现象:一种是应力不变(外荷载不变),但变形随时间增加,称为“徐变变形”。如工程实践中常见到受荷载作用的构件的挠度随时间而逐渐增加的现象。另一种现象是变形不变,但由于徐变作用,其内力随时间的延长而逐渐减少,称为“应力松弛”。

结构物的最终变形由弹性变形和徐变变形两部分组成,徐变变形比瞬时弹性变形大1倍～3倍,徐变变形也会导致结构物的开裂。一般来说,影响徐变变形和影响收缩变形的因素是共同的,其计算方法也比较类似。影响混凝土徐变的因素很多,基本上可以分为两类:内因和外因。内因包括设计强度、骨料弹性模量以及水泥品种、水灰比等;外因包括状态变量(如温度、湿度、龄期、相对毛细压力等)、加载历史和荷载性质等。

2.2 混凝土徐变变形的计算

对大体积混凝土结构的裂缝控制,混凝土的徐变起着重要作用。目前,国际上主要采用两种数学表达式来计算徐变系数。其中一类是将徐变系数表达为一系列系数的乘积,每一个系数表示一个影响徐变值的重要因素;另一类则将徐变系数表达为若干性质互异的徐变分项系数之和。根据不同情况,采用不同的表达式。

在工程中,常用标准状态修正系数法来计算混凝土的徐变。该法与计算收缩变形类似,基础是找出标准状态下最大徐变,任何处于其他状态下的最大徐变应用各种不同系数加以修正,表达式为:

其中,ε0n(∞)为标准状态下的最大徐变;K1,K2,…,Kn为考虑各种非标准条件下的修正系数。

3施工裂缝分析

与普通混凝土结构施工过程中出现裂缝的原因相同,在大体积混凝土结构施工过程中,施工措施不利对裂缝的影响更为显著,现对施工裂缝产生的原因进行简单分析。

1)由于材料的问题,包括砂石含泥量过高、含杂质多、水泥标号不够或混用、安定性不良等,妨碍了水泥与骨料的正常胶结,或者振捣不密实,水泥与骨料不能良好结合,都会使混凝土的抗拉强度降低,在收缩及温度应力作用下极易产生裂缝。2)由于浇筑后养护不及时,混凝土表面水分散失过快,产生较大的干缩裂缝,而此时的混凝土强度又不足以承受较高的收缩应力也会产生裂缝。3)随着泵送混凝土的广泛应用,为提高混凝土的施工性能,泵送时为防止堵管,混凝土的坍落度普遍较大,同时水灰比的增大、水的含量增加、砂的含量增加、骨料粒径减小以及减水剂等外加剂的掺入,都会导致混凝土的水化温度增加、混凝土收缩增大。在混凝土结构的抗拉强度几乎没有增加的情况下,泵送混凝土就极易产生裂缝,而且这种裂缝是随着混凝土成型而很快开展。

4结语

混凝土开裂也是施工中常见的工程病害,且开裂原因复杂。结构物的有害裂缝不仅会降低建筑物的质量,还会缩短其使用寿命,因此深入分析和解决混凝土的裂缝问题有着重要意义。

参考文献

[1]周云.现代建筑工程技术研究与应用[M].广州:华南理工大学出版社,2001.

[2]李晓斌.混凝土收缩成因及裂缝控制研究[D].重庆:重庆大学工程硕士学位论文,2003:11.

[3]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[4]王立波.超长结构混凝土无缝浇筑施工与质量控制[J].西部探矿工程,2003,15(10):76-77.