Multi-scale Modeling of Hybrid Fiber-reinforced Composite Overlays for Structural Repair and Retrofit
用于结构修复和改造的混合纤维增强复合材料覆盖层的多尺度建模
基本信息
- 批准号:0201590
- 负责人:
- 金额:$ 13.83万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2002
- 资助国家:美国
- 起止时间:2002-09-01 至 2004-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The introduction of short discontinuous fibers into hydraulic cement composites can improve material toughness, strength, resistance to shrinkage cracking, and durability. The degree to which such improvements are achieved depends on many factors, including fiber type, fiber dosage, properties of the matrix, phase, hygral and thermal loading conditions and the spatial distribution of the constituents. Enhancing performance is paramount for repair and retrofit technologies that utilize such materials, including fiber-reinforced composite overlay systems. However, direct quantitative relationships between the basic material parameters and the desired composite performance measures are still lacking. One of the main complicating factors is the multi-scale, three-dimensional nature of cement composite materials, damage processes and transport mechanisms. The proposed research addresses the need for model-based simulation, experimentation and visualization procedures that tie the material parameters (including those of the fiber components) to performance measures defined at the structural scale. While the focus here is on overlay systems for structural repair and retro fit, the proposed methods have general application toward optimizing the use of fiber-reinforced cement composites within the civil works infrastructure. The project involves interactive, iterative comparisons between model-based simulation results and data from in-house experimentation. The numerical model development, including development of pre-and post-processing modules, and experimentation will be conducted. First, the basic numerical algorithms will be coded on locally available computer facilities. As the algorithms near maturity, large scale simulations will be performed using both in-house high-performance computing resources and resources at the National Partnership for Advanced Computational Infrastructure (NPACI) based at the San Diego Supercomputer Center.
在水硬性水泥复合材料中引入短不连续纤维可以提高材料的韧性、强度、抗收缩开裂性和耐久性。这种改进的实现程度取决于许多因素,包括纤维类型、纤维剂量、基体特性、相、湿和热负荷条件以及成分的空间分布。对于使用此类材料(包括纤维增强复合材料覆盖系统)的修复和改造技术来说,提高性能至关重要。然而,基本材料参数和所需的复合材料性能指标之间仍然缺乏直接的定量关系。主要复杂因素之一是水泥复合材料、损伤过程和传输机制的多尺度、三维性质。拟议的研究解决了基于模型的模拟、实验和可视化程序的需求,将材料参数(包括纤维组件的参数)与结构尺度上定义的性能测量联系起来。虽然这里的重点是用于结构修复和改造的覆盖系统,但所提出的方法对于优化土木工程基础设施中纤维增强水泥复合材料的使用具有普遍应用。该项目涉及基于模型的模拟结果和内部实验数据之间的交互式迭代比较。将进行数值模型开发,包括预处理和后处理模块的开发以及实验。首先,基本数值算法将在本地可用的计算机设施上进行编码。随着算法接近成熟,将使用内部高性能计算资源和位于圣地亚哥超级计算机中心的国家高级计算基础设施合作伙伴(NPACI)的资源来执行大规模模拟。
项目成果
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