【摘要】：近年來,隨著建筑行業(yè)的飛速發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)的斷裂破壞問題備受關(guān)注。HRB400熱軋螺紋鋼筋作為我國現(xiàn)階段建筑行業(yè)的主流鋼材,研究它的斷裂力學(xué)行為有重要實(shí)際工程意義。長(zhǎng)期以來,關(guān)于韌性材料的斷裂研究大多集中在高應(yīng)力三軸度范圍,而對(duì)較低三軸應(yīng)力下的斷裂問題研究仍存在較大爭(zhēng)議。為此,本文采用HRB400鋼材料加工了一系列可獲取不同應(yīng)力狀態(tài)的試樣,利用MTS復(fù)合拉扭試驗(yàn)機(jī)對(duì)這些試樣進(jìn)行拉扭破壞試驗(yàn);并結(jié)合數(shù)值模擬軟件,對(duì)HRB400鋼在低三軸應(yīng)力下的失效應(yīng)變與應(yīng)力狀態(tài)之間的關(guān)系開展了研究:(1)通過光滑實(shí)心圓棒的單拉試驗(yàn)與空心薄壁圓管的純扭試驗(yàn)獲取材料的彈塑性參數(shù),并結(jié)合數(shù)值模擬對(duì)二者的硬化曲線進(jìn)行延伸標(biāo)定。得到了 HRB400鋼在單軸拉伸和純扭作用下的硬化曲線,并分析了它們的差異。(2)為了研究材料在較低應(yīng)力三軸度下的破壞規(guī)律,用中心孔板試樣、不同形式剪切板試樣以及空心缺口圓管試樣進(jìn)行變形破壞試驗(yàn),測(cè)定了各試樣的裂紋萌生時(shí)刻和起裂位置。并根據(jù)各試樣臨斷裂前的變形估計(jì)它們的平均斷裂應(yīng)變,發(fā)現(xiàn)HRB400鋼在拉剪混合作用下的平均等效斷裂應(yīng)變遠(yuǎn)低于純剪切情形下的平均等效斷裂應(yīng)變。(3)在超景深三維顯微鏡下觀測(cè)各個(gè)試樣的局部變形和起裂位置,結(jié)合數(shù)值模擬分析各試樣起裂點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)中心孔板試樣和剪切板類試樣在其起裂處呈現(xiàn)出拉應(yīng)力作用的特征,剪切板類試樣起裂處還伴有一定程度的受剪特征,空心缺口圓管試樣的起裂位置則表現(xiàn)為明顯的純剪切狀態(tài)。(4)對(duì)所有試驗(yàn)均進(jìn)行了模擬,在確保模擬合理性的前提下,提取各試樣在起裂點(diǎn)處的應(yīng)力和應(yīng)變信息進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該材料在應(yīng)力三軸度為0時(shí)對(duì)應(yīng)著較大的斷裂應(yīng)變,而在應(yīng)力三軸度為0.4～0.6之間,斷裂應(yīng)變隨應(yīng)力三軸度的變化呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。(5)基于試樣起裂點(diǎn)建立該材料斷裂應(yīng)變與Lode參數(shù)之間的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn)材料的斷裂應(yīng)變隨Lode參數(shù)在-1～0之間的變化是先減小后增大的規(guī)律,說明Lode參數(shù)對(duì)材料的斷裂應(yīng)變有著重要影響。(6)本文采用擬合的J-C斷裂準(zhǔn)則模擬各個(gè)試樣的起裂過程,發(fā)現(xiàn)利用J-C模型對(duì)材料的破壞進(jìn)行預(yù)測(cè)在大多數(shù)情形下是有效的。但也有失效的情形,意味著J-C斷裂模型具有局限性。
【圖文】：

為了保證試件的破壞位置盡可能的靠近試件中部，本文設(shè)計(jì)的試件形式在加持端采逡逑取較大的直徑，，而中間工作段則設(shè)計(jì)得相對(duì)小一些，中間工作段與加持端之間設(shè)計(jì)成變逡逑直徑過渡段，具體尺寸如圖２－１所示。如此一來，采用兩端夾頭的位移值來計(jì)算材料的逡逑延伸率就會(huì)出現(xiàn)較大的誤差，為了獲得更加準(zhǔn)確的材料延伸率，需要用記號(hào)筆在試件的逡逑均勻工作段畫上刻度線，本文所測(cè)得的延伸率是基于４０ｍｍ標(biāo)距段的伸長(zhǎng)量計(jì)算得到。逡逑標(biāo)距段伸長(zhǎng)量采用刻度尺測(cè)量，斷后收縮率指的是試件被拉斷后最小截面的收縮率，采逡逑用游標(biāo)卡尺測(cè)量，測(cè)量過程采用多次測(cè)量取平均值的方法以減小誤差。材料的彈性模量、逡逑剪切模量、屈服應(yīng)力以及抗拉極限等可通過試驗(yàn)的載荷位移曲線處理得到。逡逑１２逡逑

ＨＲＢ４００鋼在較低三軸應(yīng)力下變形破壞試驗(yàn)與數(shù)值研究逡逑２．３．１實(shí)心光滑圓棒試樣的單軸拉伸試驗(yàn)逡逑光滑圓棒試樣在單軸拉伸荷載作用下的載荷位移曲線如圖２－３所示。通過公式２－１逡逑和公式２－２對(duì)載荷位移曲線進(jìn)行處理來獲取材料在簡(jiǎn)單拉伸條件下的名義應(yīng)力－應(yīng)變曲逡逑線。工程上將未變形單位面積上的力稱為名義應(yīng)力，與之相對(duì)應(yīng)的為名義應(yīng)變，即每單逡逑位未變形長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)率，因此在實(shí)際計(jì)算中一般還要將名義應(yīng)力和名義應(yīng)變轉(zhuǎn)換為相對(duì)逡逑應(yīng)的真應(yīng)力和真應(yīng)變，也就是說真應(yīng)力和真應(yīng)變的獲得需要建立在名義應(yīng)力和名義應(yīng)變逡逑的基礎(chǔ)上。但是由于材料進(jìn)入頸縮以后不便于利用引伸計(jì)繼續(xù)測(cè)量后續(xù)的應(yīng)變，為此通逡逑過試驗(yàn)所得到的名義應(yīng)力－名義應(yīng)變曲線只是圓棒未發(fā)生頸縮之前的部分，后續(xù)的硬化逡逑曲線需要結(jié)合數(shù)值模擬進(jìn)行標(biāo)定。逡逑Ｆ逡逑ａ媝＝丁邐（２－１）逡逑Ｍ逡逑￡ｍ，ｍ邋￣邋￣邐（２－２）逡逑’０逡逑其中0■＿為名義應(yīng)力，為名義應(yīng)力，，為軸向荷載，p何匝跏己嶠孛婊�，辶x希次匝某跏汲ざ

本文編號(hào)：2685134