Optimization and performance analysis of functionally graded concrete beams for structural efficiency

Functionally graded materials are an evolved class of composites in which material properties are progressively graded to meet specific performance needs. For use in concrete structures, especially beams, functionally graded concrete represents a new avenue to enhance structural efficiency, minimize weight, and optimize load-bearing performance. This systematic review examines the latest developments in the optimization and performance evaluation of FGC beams. The optimization methods of greatest importance are genetic algorithms, topology optimization, shape optimization, machine learning methods, and multi-objective frameworks. The results confirm that FGC beams exhibit improved performance in stability, vibration control, and load-bearing capacity compared to traditional concrete beams. Advanced computational modeling also contributes significantly to the design efficiency. Even with such development, limitations such as the lack of in situ evidence and standardized design guidelines exist. The review highlights the role of FGC in green building and highlights future research directions to facilitate industry adoption.

Функционально-градиентные материалы - это разработанный класс композитов, в котором свойства материалов постепенно градуируются для удовлетворения конкретных эксплуатационных потребностей. Для использования в бетонных конструкциях, особенно в балках, функционально-градиентный бетон представляет собой новый путь повышения структурной эффективности, минимизации веса и оптимизации несущих характеристик. В этом систематическом обзоре рассматриваются новейшие разработки в области оптимизации и оценки эксплуатационных характеристик балок FGC. Методы оптимизации, имеющие наибольшее значение, - это генетические алгоритмы, оптимизация топологии, оптимизация формы, методы машинного обучения и многоцелевые фреймворки. Результаты подтверждают, что балки FGC демонстрируют улучшенные характеристики по устойчивости, регулированию вибрации и несущей способности по сравнению с традиционными бетонными балками. Расширенное вычислительное моделирование также вносит значительный вклад в эффективность проектирования. Даже при таком развитии присутствуют такие ограничения, как отсутствие доказательств на месте и стандартизированных руководств по проектированию. Обзор подчеркивает роль FGC в зеленом строительстве и выделяет направления будущих исследований для содействия внедрению в промышленность.