【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)行為有重要實際工程意義。長期以來,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,而對較低三軸應(yīng)力下的斷裂問題研究仍存在較大爭議。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)合拉扭試驗機(jī)對這些試樣進(jìn)行拉扭破壞試驗;并結(jié)合數(shù)值模擬軟件,對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)通過光滑實心圓棒的單拉試驗與空心薄壁圓管的純扭試驗獲取材料的彈塑性參數(shù),并結(jié)合數(shù)值模擬對二者的硬化曲線進(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,測定了各試樣的裂紋萌生時刻和起裂位置。并根據(jù)各試樣臨斷裂前的變形估計它們的平均斷裂應(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各個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)對所有試驗均進(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時對應(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。(5)基于試樣起裂點建立該材料斷裂應(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)則模擬各個試樣的起裂過程,發(fā)現(xiàn)利用J-C模型對材料的破壞進(jìn)行預(yù)測在大多數(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)計得相對小一些，中間工作段與加持端之間設(shè)計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算材料的逡逑延伸率就會出現(xiàn)較大的誤差，為了獲得更加準(zhǔn)確的材料延伸率，需要用記號筆在試件的逡逑均勻工作段畫上刻度線，本文所測得的延伸率是基于４０ｍｍ標(biāo)距段的伸長量計算得到。逡逑標(biāo)距段伸長量采用刻度尺測量，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)卡尺測量，測量過程采用多次測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)力下變形破壞試驗與數(shù)值研究逡逑２．３．１實心光滑圓棒試樣的單軸拉伸試驗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對載荷位移曲線進(jìn)行處理來獲取材料在簡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，與之相對應(yīng)的為名義應(yīng)變，即每單逡逑位未變形長度的伸長率，因此在實際計算中一般還要將名義應(yīng)力和名義應(yīng)變轉(zhuǎn)換為相對逡逑應(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繼續(xù)測量后續(xù)的應(yīng)變，為此通逡逑過試驗所得到的名義應(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：2685134