石墨烯具有局域超强的导电性、很高的电子迁移率和导热系数,力学性能好、稳定性高,是自感知水泥基复合材料的优异填充材料,石墨烯的掺入为自感知水泥基复合材料的发展提供了广阔的应用前景。本文基于ANSYS软件对自感知水泥基复合材料的电学性能和力学性能进行了研究,主要研究内容如下:(1)采用ANSYS中的APDL建立三维自感知水泥基复合材料的随机分布模型,模拟了不同长宽比、不同体积分数比的石墨烯改性水泥基复合材料模型在电压作用下的电流矢量密度和有效电阻率分布。结果显示:在相同电压加载作用下,复合材料的导电性随着石墨烯掺量的增加而增大;在相同石墨烯体积掺量下,石墨烯的长宽比越小,复合材料的导电性越好;复合材料的有效电阻率随着石墨烯掺量的增加而降低;在石墨烯体积掺量相同的情况下,石墨烯的长宽比越小复合材料的有效电阻率越小。(2)用ANSYS建立石墨烯体积分数分别为0.04%和0.05%的复合材料模型,模拟了这两种模型在拉伸荷载作用下的von Mises应力和第一主应力云图分布图。模拟结果显示:石墨烯掺量为0.04%的复合材料在拉伸形变的作用下,von Mises应力分布较为均匀且应力较小,且增强体两端最先达到屈服破坏。第一主应力分布同样较为均匀且应力较小,增强体两端最先产生裂缝。石墨烯掺量为0.05%的复合材料von Mises应力值较大,第一主应力分布均匀且数值较小,增强体的两侧最先产生裂纹。(3)建立了石墨烯掺量分别为0.04%和0.05%的复合材料模型,模拟了这两种模型在压缩荷载的作用下的von Mises应力和第一主应力云图。模拟结果显示:石墨烯掺量为0.04%的复合材料在压缩形变的作用下,von Mises应力分布较为均匀且应力较大,且增强体两端最先达到屈服破坏。第一主应力分布同样较为均匀且应力较大,增强体两端最先产生裂缝。石墨烯掺量为0.05%的复合材料von Mises应力和第一主应力同石墨烯掺量为0.04%的复合材料模型规律相似。(4)通过有限元模拟桥梁在自重下的应力较大位置,以此来找到传感器的布设位置,并设计简易的桥梁健康监测系统。