考虑三轴应力度和应变率效应的Q460GJ钢动力力学性能和断裂失效准则试验研究

作     者：王林 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨波;戴国欣

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：Q460GJ钢 动态本构关系 断裂失效准则 应变率 三轴应力度 

摘      要：随着高层和超高层、大跨和超大跨等建筑结构的不断涌现以及绿色建筑结构概念的兴起,工程结构对建筑结构钢材提出了更高的要求。GJ系列钢作为一种具有良好抗震性能、焊接性能以及抗层状撕裂性能等的高性能建筑结构用钢应运而生。然而,目前GJ系列钢的研究主要集中在结构基本构件、残余应力分布、设计参数以及可靠度等方面,对于GJ系列钢在复杂的应力水平和应力状态环境下的动力本构关系和断裂失效准则研究较少,导致了 GJ系列钢在抗震、抗冲击、抗爆以及抗倒塌等方面研究缺乏材料基础,不利于GJ系列钢在超高层和超大跨建筑结构中的推广和应用。因此,开展GJ系列钢,特别是高强度GJ系列钢的研究是十分迫切和必要的。本文依托重庆市基础与前沿研究计划重点项目(cstc2015jcyjBX0024),在钢节点冲击力学性能仿真分析的基础上,开展了高性能高强度Q460GJ钢的动力力学性能和断裂失效准则试验研究。主要研究工作和成果概括如下:①钢结构梁柱节点仿真分析:基于ABAQUS有限元分析软件,开展了冲击荷载作用下不同类型钢节点的有限元分析和参数分析,探明了冲击荷载作用下轴力的传力机理;②Q460GJ钢材试验研究:利用DIC(Digital Image Correlation)方法,开展了不同应变率下Q460GJ钢材缺口试件的拉伸和压缩试验研究,获得了不同三轴应力度和应变率下的工程应力-工程应变曲线、真实应力-真实应变曲线和断裂应变,为Q460GJ钢动态本构关系和断裂失效准则的建立提供了试验依据,也丰富和完善了Q460GJ钢的材性数据库;③建立了 Q460GJ钢材动态本构关系:从工程应力-工程应变曲线和真实应力-真实应变曲线两个角度分析比较并确定了 Q460GJ钢材本构关系中的应变硬化效应;综合考虑Cowper-Symonds和Johnson-Cook本构关系中应变率效应项,从屈服强度和极限强度两个角度确定了 Q460GJ钢材本构关系中的应变率的影响;考虑三轴应力度对本构关系的影响,从屈服强度和极限强度两个角度确定了 Q460GJ钢材本构关系中三轴应力度效应的大小,从而建立了常温下Q460GJ钢的动态本构关系;④提出了 Q460GJ钢材断裂失效准则:基于Johnson-Cook断裂失效准则,分别确定了应变率和三轴应力度对Q460GJ钢断裂应变的影响,从而提出了常温下Q460GJ钢的断裂失效准则。本文创新点如下:①开展了高应变率和大范围三轴应力度的Q460GJ钢动力力学性能和断裂失效准则试验研究;②通过试验获得了 Q460GJ钢考虑应变硬化效应、应变率和三轴应力度效应的本构关系;③通过试验获得了 Q460GJ钢考虑应变率和三轴应力度效应的断裂失效准则。