近日，冯若强教授课题组杜辉波博士在TOP期刊《Journal of Building Engineering》 (JCR Q1)发表题为“Experimental and numerical study on the axial compression performance of ribbed GFRP tubes”的研究论文。

在“Experimental and numerical study on the axial compression performance of ribbed GFRP tubes”研究中，课题组采用了全面的实验测试方法，包括拉伸、压缩、弯曲和剪切实验，结合有限元分析对材料的力学性能进行了深入分析。研究表明，GFRP管的轴向压缩性能受到壁厚和细长比的显著影响。特别是，厚壁样本主要表现为纤维方向的分层和撕裂，而薄壁样本则出现了局部屈曲，细长比增加时，从强度主导向屈曲主导的过渡更加明显。为提高预测精度，课题组提出了一种改进的佩里-罗伯逊模型，通过引入实测初始几何缺陷与细长比的关系，能够准确预测GFRP管在实际工程中的压缩稳定性。并开发了一种三维有限元模型，采用Hashin损伤准则模拟了材料的渐进损伤行为，模型与实验结果良好吻合，验证了其对肋条增强GFRP管在压缩失效时的可靠预测能力。该研究为GFRP压缩构件的设计和稳定性评估提供了新的方法。

由于复合材料力学性能的影响因素众多，本研究通过拉伸、压缩、弯曲和剪切四种基本材料材性试验，测定GFRP材料的主要力学性能。基于此，在ABAQUS有限元软件中考虑材料的损伤初始准则以及损伤演化机理，通过编写VUMAT子程序实现对拉挤型GFRP材料的三维实体单元复合材料损伤分析。进一步，为建立科学合理的GFRP管材结构设计和性能评估方法奠定基础。

图1 拉伸试件处理

图2 压缩试验处理

图3 弯曲试验处理

图4 剪切试验处理

图5 轴压装置

考虑Hashin损伤准则的VUMAT流程图如图6所示。

图6 VUMAT流程图

图7 Ф48管件轴压试验和有限元对比

图8 Ф60管件轴压试验和有限元对比

图7和图8分别展示了Ф48和Ф60试件的轴压试验和有限元结果的极限承载力与试件长细比之间的关系，并列出了典型试件的轴压破坏模态与有限元分析结果的对比。可以看出，本文所构建的ABAQUS模型能够有效模拟带肋GFRP试件的轴压极限承载力和破坏模态。

为了确定试件初始缺陷对轴心受压杆件整体稳定性的影响，本文以Perry-Robertson公式为基础，以截面边缘屈服为准则来确定杆件的轴心受压稳定承载力，并通过引入初始曲率来模拟实际构件的屈曲行为。通过与相关试验研究相对比，可以看出，对于本文所研究的带肋圆管以及其他截面类型的GFRP试件，本文所提出的拟合公式能做到较高的预测准确性。