本文關(guān)鍵詞： 微觀機(jī)制模型 應(yīng)力三軸度 剪應(yīng)比 超低周疲勞 Q235B　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：鋼結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下發(fā)生的超低周疲勞斷裂往往具有塑性應(yīng)變大、循環(huán)圈數(shù)少的特征。傳統(tǒng)斷裂力學(xué)方法在預(yù)測(cè)材料斷裂時(shí)均假設(shè)初裂紋已存在且在裂紋尖端存在高應(yīng)變約束。而試驗(yàn)與工程研究均表明,無(wú)明顯初始缺陷的鋼結(jié)構(gòu)在大應(yīng)變幅下的循環(huán)加載過(guò)程中亦可能發(fā)生韌性斷裂,因此傳統(tǒng)斷裂力學(xué)理論對(duì)于這種超低周疲勞的韌性斷裂問(wèn)題不再適用。近年來(lái),基于微觀機(jī)制的斷裂理論及其模型被證明能夠較有效地預(yù)測(cè)韌性斷裂,但目前針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)微觀機(jī)制斷裂模型的表征形式、參數(shù)校準(zhǔn)及其相關(guān)試驗(yàn)的研究仍較為匱乏,尤其在循環(huán)加載和剪切機(jī)制下的韌性斷裂機(jī)理方面仍存在較大爭(zhēng)議。為此,本文采用理論模型、斷裂試驗(yàn)和有限元分析相結(jié)合的方法,針對(duì)基于微觀機(jī)制的鋼材韌性斷裂機(jī)理及其模型中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究,主要內(nèi)容和結(jié)論包括以下幾個(gè)方面：(1)采用國(guó)產(chǎn)Q235B鋼材加工了圓棒和剪切板等不同形狀的試件,開展了圓棒和剪切板的基本材料性能試驗(yàn)、不同槽口半徑圓棒的單向拉伸、不同槽口半徑圓棒的循環(huán)加載試驗(yàn)以及不同角度剪切板的剪切拉伸試驗(yàn),校準(zhǔn)了圓棒和剪切板材料的真實(shí)應(yīng)力-塑性應(yīng)變曲線,獲取了各試件自加載開始至最終斷裂的全過(guò)程荷載-位移曲線、循環(huán)圈數(shù)、斷裂位移、斷裂形態(tài)等試驗(yàn)數(shù)據(jù)；(2)依據(jù)圓棒單向拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元分析結(jié)果,校準(zhǔn)了三種常用單調(diào)荷載延性斷裂模型(VGM模型、SMCS模型和Johnson-Cook模型1的材料參數(shù),結(jié)果表明,在圓棒單向拉伸試驗(yàn)所涉及的應(yīng)力三軸度范圍內(nèi),校準(zhǔn)后的VGM模型、SMCS模型以及Johnson-Cook斷裂模型與試驗(yàn)結(jié)果均吻合較好,都能較好地反映此應(yīng)力三軸度范圍內(nèi)的斷裂機(jī)制；在此基礎(chǔ)上引入延性損傷因子(Ductile Damage Factor, DDF)的概念,建立了基于VGM因子的DDF模型(VGM-DDF模型)和基于Johnson-Cook因子的DDF模型(JC-DDF模型1)DDF模型形式更為通用,且能實(shí)時(shí)計(jì)算損傷因子的增長(zhǎng),便于實(shí)際應(yīng)用；由于Johnson-Cook模型比VGM模型參數(shù)更多,因此Johnson-Cook斷裂模型和JC-DDF模型精度分別優(yōu)于VGM模型和JC-DDF模型；(3)依據(jù)圓棒循環(huán)加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元分析結(jié)果,進(jìn)行了兩種常用循環(huán)加載斷裂模型(CVGM模型和DSPS模型)的校準(zhǔn),結(jié)果表明,兩個(gè)模型均可以較好地描述循環(huán)荷載下構(gòu)件的斷裂；在此基礎(chǔ)上引入損傷因子概念,考慮拉-壓損傷增長(zhǎng)-恢復(fù)機(jī)制的差異,提出了可統(tǒng)一描述循環(huán)和單向荷載下延性斷裂機(jī)制、且能實(shí)時(shí)計(jì)算損傷指標(biāo)的統(tǒng)一延性損傷因子模型(UDDF模型),結(jié)果表明,本文提出的VGM-UDDF模型和JC-UDDF模型的整體預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為一致；(4)依據(jù)剪切板剪切拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)和有限元模擬結(jié)果,研究了斷裂時(shí)臨界等效塑性應(yīng)變與應(yīng)力三軸度、剪應(yīng)比的關(guān)系,從而對(duì)與應(yīng)力三軸度有關(guān)的剪切斷裂(STSD)模型和與剪應(yīng)比有關(guān)的剪切斷裂(SSRSD)模型進(jìn)行校準(zhǔn)和比較,發(fā)現(xiàn)SSRSD模型更適合描述本文進(jìn)行的剪切拉伸試驗(yàn)中的剪切斷裂;在此基礎(chǔ)上引入了剪切損傷因子的概念,建立了便于實(shí)際應(yīng)用的剪切損傷因子(SDF)模型；同時(shí),分析本文試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),雖然單向荷載作用下應(yīng)力三軸度在區(qū)間[0.4～0.8]內(nèi)時(shí),斷裂機(jī)制不太明確,但可以近似認(rèn)為,當(dāng)應(yīng)力三軸度大于0.7時(shí),臨界等效塑性應(yīng)變與應(yīng)力三軸度有關(guān),當(dāng)應(yīng)力三軸度在區(qū)間[0～0.7]內(nèi)時(shí),臨界等效塑性應(yīng)變與剪應(yīng)比有關(guān)。
[Abstract]:In recent years , the fracture theory and its model have been proved to be more effective to predict the fracture mechanism of ductile fracture under cyclic loading and shear mechanism . Considering the difference of tensile - compression damage growth - recovery mechanism , a unified ductile damage factor model ( UDDF model ) is proposed which can be used to describe the ductile fracture mechanism under one - way load and can be used to calculate the damage index in real time .

【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU511.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 廖芳芳;王偉;陳以一;;往復(fù)荷載下鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的超低周疲勞斷裂預(yù)測(cè)[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年04期

2 王偉;廖芳芳;陳以一;;基于微觀機(jī)制的鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)延性斷裂預(yù)測(cè)與裂后路徑分析[J];工程力學(xué);2014年03期

3 石永久;王萌;王元清;;循環(huán)荷載作用下結(jié)構(gòu)鋼材本構(gòu)關(guān)系試驗(yàn)研究[J];建筑材料學(xué)報(bào);2012年03期

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6 劉新芹,王富恥,王琳,路永勝;鋼中絕熱剪切帶的動(dòng)態(tài)損傷演化[J];兵器材料科學(xué)與工程;2004年03期

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本文編號(hào)：1458073