【摘要】：基于微觀機(jī)制的斷裂模型可用來預(yù)測鋼結(jié)構(gòu)的延性斷裂。為校準(zhǔn)Q235B鋼母材和Q345B鋼母材以及ER-50型焊材的微觀斷裂模型參數(shù),本文主要進(jìn)行了以下工作:(1)歸納總結(jié)現(xiàn)有材料微觀力學(xué)模型及其基本假定,在此基礎(chǔ)上遴選最能反映鋼材延性裂縫開展基本機(jī)理與宏觀斷裂行為相互關(guān)系且便于結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用的物理機(jī)制模型,即應(yīng)力修正臨界應(yīng)變模型(SMCS)、空穴擴(kuò)張模型(VGM)、以及退化有效塑性應(yīng)變模型(DSPS)和循環(huán)空穴擴(kuò)張模型(CVGM),并將其引入本文的鋼結(jié)構(gòu)斷裂問題研究。(2)以常用的Q235B鋼母材、Q345B鋼母材及其對應(yīng)的ER-50型焊材三種材料為對象,首先對其進(jìn)行光滑圓棒試驗(yàn),以得到其相關(guān)材性數(shù)據(jù);然后設(shè)計三種不同槽口半徑的試件(每種材料6根,每種槽口2根,共18根),通過槽口曲率的變化反映臨界截面應(yīng)力三軸度的影響,并對圓周平滑槽口拉伸試件進(jìn)行單向拉伸試驗(yàn),獲取其荷載與槽口伸長的關(guān)系曲線,捕捉其曲線斜率突變點(diǎn)作為延性斷裂發(fā)生點(diǎn)。通過非線性彈塑性有限元分析得到起裂時的臨界應(yīng)力和應(yīng)變,然后將其代入微觀機(jī)制模型表達(dá)式從而確定斷裂參數(shù)取值,并總結(jié)歸納了影響參數(shù)的因素。對拉伸試驗(yàn)拉斷試件進(jìn)行斷口掃描電鏡試驗(yàn),以測得三種材料的特征長度l*。(3)自編有限元軟件ABAQUS子程序VUMAT,用微觀機(jī)制模型作為開裂判據(jù),將失效的單元逐個刪除,模擬了單調(diào)荷載作用下的18根試件開裂后的荷載位移曲線,并與試驗(yàn)結(jié)果以及未考慮斷裂的有限元模擬結(jié)果進(jìn)行比較,初步探討了在有限元分析中引入微觀機(jī)制斷裂判據(jù)得到鋼結(jié)構(gòu)試件全程荷載位移曲線的可行性。(4)對圓周平滑槽口試件進(jìn)行超低周疲勞試驗(yàn)和有限元分析,以校準(zhǔn)Q235B鋼母材、Q345B鋼母材及ER-50型焊材三種材料超低周疲勞荷載作用下的微觀機(jī)制模型損傷退化參數(shù),使其可以用于超低周反復(fù)荷載下的鋼結(jié)構(gòu)焊接節(jié)點(diǎn)斷裂問題分析。
【圖文】：

(a)空穴形核 (b)空穴擴(kuò)張 (c)空穴間收縮 (d)空穴聚合圖1.1 延性斷裂的斷裂形態(tài)鋼結(jié)構(gòu)的斷裂破壞原因是因?yàn)殡S著表面積不斷增大，，構(gòu)件內(nèi)部形成了新的表面，構(gòu)件的凈截面減小以致于發(fā)生了最終破壞。疲勞大體上可以分為高周疲勞和低周疲勞。高周疲勞是較小的應(yīng)力應(yīng)變幅循環(huán)作用幾十萬次而引起構(gòu)件的破壞，構(gòu)件多發(fā)生突然的脆性斷裂。而低周疲勞是較大的應(yīng)力應(yīng)變幅循環(huán)作用幾十次或幾百次而引起的破壞，構(gòu)件多發(fā)生延性脆性轉(zhuǎn)變型斷裂。疲勞是在循環(huán)應(yīng)力作用下裂紋擴(kuò)展并最終破壞的過程[10-13]。循環(huán)加載會降低結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的強(qiáng)度和延性。與斷裂類似，基于應(yīng)力條件、加載歷史和材料的微觀結(jié)構(gòu)，疲勞也有許多不同的機(jī)理。地震荷載作用下的疲勞通常在循環(huán)幾十次甚至十次以內(nèi)就引起破壞，并且受微觀結(jié)構(gòu)影響很大，我們稱之為超低周疲勞以區(qū)別于低周疲勞（循環(huán)幾百次破壞），構(gòu)件在這種疲勞荷載作用下多發(fā)生延性斷裂，本文主要研究這種超低周疲勞機(jī)理。1.1.3 傳統(tǒng)斷裂力學(xué)方法傳統(tǒng)斷裂力學(xué)方法[14]是基于 Griffith 教授提出的能量釋放率理論[15]

式（1.7）即為VGM模型。在許多實(shí)際情況中材料的變形不是特別大，雖然塑性應(yīng)變的增加很快，但應(yīng)力三軸度大體保持不變，如圖1.2所示，而應(yīng)力三軸度對塑性應(yīng)變的顯式積分可以在VGM模型中顯現(xiàn)，因此式（1.7）積分號里面的項(xiàng)可以提出來作為一個乘積，VGM模型簡化為：（1.8）圖1.2 應(yīng)力三軸度與塑性應(yīng)變關(guān)系曲線臨界塑性應(yīng)變可表示為：（1.9）考慮到等式右邊的左端項(xiàng)均為基本的材料系數(shù)，它們可以合并為一個材料參數(shù)α：（1.10）這就是SMCS模型的基本形式，Hancock[18]的解釋為：單個材料點(diǎn)的延性斷裂取決于應(yīng)力三軸度與塑性應(yīng)變的相互作用，后來Theocaris[19]也有相同的觀點(diǎn)，隨著應(yīng)力三軸度的增加
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU391

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 廖芳芳;王睿智;李文超;周天華;;Q460鋼基于微觀機(jī)制的延性斷裂判據(jù)研究[J];西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2016年04期

2 陳以一;卞若寧;;鋼框架節(jié)點(diǎn)局部斷裂沖擊作用實(shí)驗(yàn)研究[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年03期

3 楊勇;章梓茂;張之宇;李婷;;高層鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)梁柱節(jié)點(diǎn)脆性斷裂機(jī)理研究[J];鋼結(jié)構(gòu);2006年06期

4 王元清;武延民;石永久;江見鯨;;鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗斷裂分析理論與實(shí)用方法研究[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2006年01期

5 郭秉山,顧強(qiáng),李養(yǎng)成;鋼框架梁柱腹板連接梁翼緣對接焊縫的破壞機(jī)理[J];西安科技大學(xué)學(xué)報;2004年04期

6 李杰,張玉鳳,霍立興,王東坡;抗震焊接接頭在模擬地震循環(huán)載荷作用下累積損傷的研究[J];天津大學(xué)學(xué)報;2003年04期

7 劉永明,陳以一,陳揚(yáng)驥;考慮鋼框架節(jié)點(diǎn)局部斷裂的滯回模型[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2003年05期

8 李杰,張玉鳳,霍立興,王東坡;梁柱焊接接頭在模擬地震循環(huán)載荷作用下的有限元分析[J];焊接學(xué)報;2002年05期

9 劉永明,張曄江,陳以一,陳揚(yáng)驥;焊接熱影響區(qū)斷裂性能試驗(yàn)研究[J];力學(xué)季刊;2002年02期

10 沈祖炎,沈蘇;高層鋼結(jié)構(gòu)考慮損傷累積及裂紋效應(yīng)的抗震分析[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年04期

本文編號：2576573