新型CFRP棒-钢组合构件的强度特性数值分析

Numerical analysis on strength of a novel combined component with CFRP bar and steel plate

空间结构正在向着超大跨度发展,结构自重是限制其实现这种跨越能力的重要原因。碳纤维复合材料(CFRP)具有轻质高强的特点,为这一问题的解决提供了有效的途径。提出了一种新型CFRP棒-钢组合构件作为构成大跨度空间结构的基本单元,发挥CFRP材料轻质高强的特点,同时解决在构成大跨度空间结构时CFRP构件间的连接问题。首先,给出了CFRP棒-钢组合构件的结构形式,分析其可行性;其次,给出了分析模型的关键参数,以Hashin理论为基础,利用ABAQUS中用户材料子程序UMAT,开发了适用于实体单元、具有脆性破坏准则的复合材料本构模型子程序;最后,分析了6种不同长度组合构件的受压强度特性,结果表明,CFRP棒-钢组合构件具有很好的承载能力,但是其极限承载力具有一定的离散性,需要更进一步通过具体模型试验,结合数值分析的结果给出其设计方法。