能源和环保是全人类面临的新挑战,建设可是持续发展和谐社会将进一步推动墙体材料发展和改革。我国建设领域的改革目标是用新型墙体材料取代传统实心粘土砖,达到保护耕地、节约能源、保护环境的目的。新型空心砌块是集承重、保温、装饰等功能于一体的新型砌块,它通过大的内腔来实现结构轻型化,该产品符合国家可持续发展战略,是一种开发推广潜力很大的新型墙体材料。本文研究的空心砌块设计模型已获得我国发明专利登记,但是目前还尚未完全解决其力学性能分析和结构优化设计等问题。 本文调研了国内外空心砌块研究历史和现状后,充分认识到新型空心砌块在新型砌体结构中的重要性和目前存在的问题后,建立了空心砌块的有限元分析模型。借助ANSYS软件的完成了对该空心砌块的建模、网格划分、力学分析,得出了顶面均布力作用下底面固定的空心砌块模型的变形,应变和应力分布图,并对其承载能力进行了评价。 利用结构优化设计方法,建立了以极限拉应变为约束,以空心砌块体积为目标函数的空心砌块结构最优化设计模型。利用ANSYS软件提供的零阶最优化算法对提出的最优化模型进行了优化计算,分别获得了1个,3个和5个优化设计变量条件下的最优化设计方案。得到了重量更轻、孔洞分布更合理的空心砌块设计方案。通过以上研究,得出如下结论: 1、新型混凝土空心砌块与粘土实心砖,从受力、保温、经济三个方面进行综合比较,发现新型混凝土空心砌块的综合优势很明显。 2、通过建立参数化的空心砖有限元模型,在顶面均布载荷作用下的力学分析,得到了可以进行强度设计和评价的应力和应变等指标。 3、通过优化计算可知:多变量的结构最优化计算,优化结果并不是优化设计变量越多越好。 4、本研究提供的优化设计思路和计算程序,可用于任何其它形状的砌块的结构优化设计。