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高应力三轴度下Q355钢火灾全过程断裂性能试验研究

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工程力学 2023年第12期40卷 133-147页

作者：张其杰姜健蔡文玉杨卫明陈伟叶继红中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116 海南大学土木建筑工程学院海南海口570228

火灾下钢构件断裂破坏是导致整体结构连续性倒塌的主要原因之一,掌握钢材高温断裂性能是研究钢结构抗火承载性能和评估高温后结构安全性的基础。以Q355钢为研究对象,设计光滑圆棒和缺口圆棒试件,进行火灾全过程(升温段、降温段、高温后... 详细信息

火灾下钢构件断裂破坏是导致整体结构连续性倒塌的主要原因之一,掌握钢材高温断裂性能是研究钢结构抗火承载性能和评估高温后结构安全性的基础。以Q355钢为研究对象,设计光滑圆棒和缺口圆棒试件,进行火灾全过程(升温段、降温段、高温后)拉伸断裂试验,研究复杂应力状态(应力三轴度)和温升历程(峰值温度和拉伸温度)对钢材工程和真实应力-应变曲线、断裂应变的影响,并通过电镜扫描研究其微观断裂机理,结合数值模拟对高温断裂模型进行参数标定。研究表明:火灾全过程下Q355钢材呈现韧性断裂特征,拉伸温度和应力三轴度对其断裂性能影响较大;拉伸温度和峰值温度越高,断裂应变越大,延性越好,高温后断裂性能与常温相似;应力三轴度影响材料断裂性能对温度的敏感性,温升历程影响真实应力-应变曲线塑性段斜率;SMCS断裂模型适用于预测Q355钢材火灾全过程断裂行为,需采用不同参数表征钢材升温段和降温段断裂性能。

关键词： Q355钢复杂应力火灾全过程断裂性能微观断裂机理断裂模型

火灾全过程下10.9级高强螺栓断裂性能试验研究

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土木工程学报 2023年第7期56卷 55-68页

作者：陈桥姜健蔡文玉杨卫明陈伟叶继红中国矿业大学江苏徐州221116 海南大学海南海口570228

火灾下钢梁悬链线效应产生的附加作用力易造成梁柱节点断裂破坏,掌握高强螺栓的高温力学性能和断裂性能是研究钢节点高温断裂破坏机理的基础。考虑应力三轴度和温升历程的影响,设计10.9级高强螺栓平滑圆棒和缺口圆棒试件,分别进行火灾... 详细信息

火灾下钢梁悬链线效应产生的附加作用力易造成梁柱节点断裂破坏,掌握高强螺栓的高温力学性能和断裂性能是研究钢节点高温断裂破坏机理的基础。考虑应力三轴度和温升历程的影响,设计10.9级高强螺栓平滑圆棒和缺口圆棒试件,分别进行火灾升温段、升温-降温段和火灾后螺栓拉伸断裂试验,获得高强螺栓火灾全过程下工程和真实应力-塑性应变曲线;研究高强螺栓在复杂应力和高温共同作用下的断裂性能,并通过电镜扫描试件断口,研究其微观断裂机理。研究表明:火灾全过程下高强螺栓呈现韧性断裂特征;温度高于400℃时,EC3结果偏不安全,弹性模量折减系数偏大约0.15,屈服强度偏大0.3~0.4;不同温度工况下,应力三轴度越大,高温屈服强度和极限强度越大,断裂应变越小,但超过600℃时应力三轴度影响被削弱;断裂应变随温度升高而增大,降温段螺栓材性与峰值温度有关,直接采用升温段材性代替会造成不安全结果,弹性模量差异可达常温值的15%,屈服强度相差达20%;升温段材性直接代替火灾后材性则会造成材料浪费,强度折减系数差异达0.36。

关键词：火灾全过程 10.9级高强螺栓断裂性能微观断裂机理

盐雾预腐蚀对HRB400E抗震钢筋超低周疲劳性能的影响

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材料研究学报 2021年第2期35卷 101-109页

作者：谌理飞罗云蓉张应迁李辉李秀兰廖文丽四川轻化工大学机械工程学院自贡643000 四川轻化工大学土木学院自贡643000 四川轻化工大学化学工程学院自贡643000

研究了盐雾预腐蚀对HRB400E钢的超低周疲劳性能影响。用NaCl溶液在盐雾腐蚀箱中对试验钢加速腐蚀30~90 d,然后采用轴向位移控制模拟强震载荷进行超低周疲劳试验,获得载荷随循环周次的变化关系和应变寿命曲线等;最后采用扫描电镜对断口... 详细信息

研究了盐雾预腐蚀对HRB400E钢的超低周疲劳性能影响。用NaCl溶液在盐雾腐蚀箱中对试验钢加速腐蚀30~90 d,然后采用轴向位移控制模拟强震载荷进行超低周疲劳试验,获得载荷随循环周次的变化关系和应变寿命曲线等;最后采用扫描电镜对断口形貌进行观察,分析微观断裂机理。试验结果表明:预腐蚀30、60和90 d的试验钢寿命分别下降了4.4%~10.2%、14.3%~31.8%和7.8%~30%;宏观裂纹萌生寿命占总寿命的90%,应变幅3%为超低周与低周疲劳的分界点;盐雾腐蚀对试验钢的循环响应特征与Masing特性无明显影响;断裂区呈月牙状沿着试验钢边缘断裂,较长盐雾腐蚀时间和较高应变幅会导致最后断裂区产生韧窝特征。

关键词：金属材料 HRB400E抗震钢筋盐雾预腐蚀超低周疲劳微观断裂机理

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断口学及微观断裂机理研究

断口学及微观断裂机理研究

2004年中国材料研讨会

作者：钟群鹏赵子华北京航空航天大学北京航空航天大学

＜正＞本文从宏观到微观、从定性到定量、从分析技术到机理研究,介绍了断口学的发展,重点突出了断口特征和诊断以及微观断裂机理的研究。“断口”的重要性、全息性、唯一性和可分析性使其在断裂失效分析中具有重要的地位和作用。断口分... 详细信息

＜正＞本文从宏观到微观、从定性到定量、从分析技术到机理研究,介绍了断口学的发展,重点突出了断口特征和诊断以及微观断裂机理的研究。“断口”的重要性、全息性、唯一性和可分析性使其在断裂失效分析中具有重要的地位和作用。断口分析的内容包括首断件的判定、断裂性质（模式）分析、断裂原因分析和断裂机理分析。断口分析的基本技术包括断口的制备保存技术、断口宏观分析技术、断口显微分析技术、断口辅助分析技术和断口定量分析技术。以三大类断口即脆性断裂的断口(包括环境促使的应力腐蚀、氢致开裂、低熔点金属脆

关键词：断口学微观断裂机理断口特征和诊断断口定量分析

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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Q235钢结构材料的超低周疲劳性能

钢铁研究学报 2016年第12期28卷 47-51页

作者：罗云蓉王清远付磊张应迁陶静谢文玲四川理工学院四川自贡643000 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室四川自贡643000 四川大学建筑与环境环学院四川成都610065

对钢结构材料Q235钢的超低周疲劳性能进行了研究。采用横向应变控制方法,保持频率1Hz恒定,在岛津电液伺服疲劳试验机上开展了试验钢的超低周疲劳试验。获得了循环应力响应特征曲线等实验数据,并在此基础上分别建立了试验钢基于塑性应变... 详细信息

对钢结构材料Q235钢的超低周疲劳性能进行了研究。采用横向应变控制方法,保持频率1Hz恒定,在岛津电液伺服疲劳试验机上开展了试验钢的超低周疲劳试验。获得了循环应力响应特征曲线等实验数据,并在此基础上分别建立了试验钢基于塑性应变幅及应变速率的超低周疲劳寿命预测公式,且2种公式均能较好地对其寿命进行预测。通过电镜扫描(SEM),分析了试验材料超低周疲劳下的微观断裂机理。研究结果表明,试验材料在超低周疲劳与低周疲劳下的疲劳性能,如循环响应特征、寿命预测公式以及微观断裂机理等方面均存在一定的差异。

关键词：钢结构材料超低周疲劳疲劳寿命微观断裂机理

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16MnR钢的高应变超低周疲劳性能

钢铁研究学报 2016年第4期28卷 53-57页

作者：曾涛陈延强罗云蓉林海波四川理工学院机械工程学院四川自贡643000 四川理工学院过程装备与控制工程四川省高校重点实验室四川自贡643000

从压力容器的实际工况和抗震安全性设计出发,研究了压力容器用钢16MnR钢的高应变超低周疲劳性能。采用横向应变控制方法,在MTS809拉扭复合疲劳试验机上测定了试验钢应变疲劳过程中的循环应力响应特征及循环应力与应变的关系等超低周疲... 详细信息

从压力容器的实际工况和抗震安全性设计出发,研究了压力容器用钢16MnR钢的高应变超低周疲劳性能。采用横向应变控制方法,在MTS809拉扭复合疲劳试验机上测定了试验钢应变疲劳过程中的循环应力响应特征及循环应力与应变的关系等超低周疲劳行为;通过拟合Basquin公式和Coffin-Manson公式,获得了试验钢的高应变超低周疲劳寿命预测公式。断口扫描发现,超低周疲劳下,多处裂纹萌生于试件表面,然后裂纹共同向内扩展,直到最后快速断裂。

关键词： 16MnR钢超低周疲劳疲劳寿命微观断裂机理

局部应力比对2024铝合金缺口件疲劳行为的影响

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局部应力比对2024铝合金缺口件疲劳行为的影响

作者：谌理飞四川轻化工大学

学位级别：硕士

金属疲劳是工程领域中十分普遍的失效类型,工件在循环载荷的作用下,疲劳裂纹通常萌生于应力集中处,之后发生裂纹扩展与失效。应力集中的存在无疑会加速裂纹萌生,导致疲劳性能大大降低,因此开展缺口构件的疲劳行为研究是具有重要意义的... 详细信息

金属疲劳是工程领域中十分普遍的失效类型,工件在循环载荷的作用下,疲劳裂纹通常萌生于应力集中处,之后发生裂纹扩展与失效。应力集中的存在无疑会加速裂纹萌生,导致疲劳性能大大降低,因此开展缺口构件的疲劳行为研究是具有重要意义的。本文通过试验方法获得缺口试样的疲劳寿命,然后采用数值模拟对缺口试样的应力应变进行分析。本文以2024铝合金为研究对象,加工成三种厚度的缺口试样,采用MTS809伺服液压疲劳机对2024铝合金光滑试样开展了单调拉伸试验和对称循环拉压试验,以获得试验材料的力学参数、循环应力应变曲线和循环特性。对三种厚度的缺口试样开展拉拉疲劳试验,获得缺口试样的高、低周疲劳寿命,并采用扫描电镜对缺口试样疲劳断口进行扫描,分析缺口试样的微观断裂机理。采用ABAQUS软件模拟了三种厚度在循环载荷下缺口根部的应力应变状态,得到缺口根部的主应力、Mises应力、塑性变形和应力比等数据,之后采用Neuber法计算缺口根部应力应变来验证有限元模型计算结果的正确性。在缺口试样的疲劳试验基础上,采用局部应力应变对缺口试样的疲劳寿命进行预测,将ABAQUS与Fe-safe相结合,对缺口试样的失效部位与疲劳寿命进行计算。研究结果表明:缺口导致试样的疲劳性能下降严重,三种厚度缺口试样的疲劳极限均为100MPa,与理论计算疲劳极限基本一致。裂纹均萌生于缺口根部,高应力状态会导致多裂纹源,减小裂纹扩展区,在裂纹扩展区产生韧窝。基于光滑试样的试验数据拟合得到了混合硬化模型参数,可应用于模拟2024铝合金的循环特性。在ABAQUS中采用循环应力应变曲线作为材料本构,得到缺口试样的局部应力应变,缺口根部是应力和塑性变形最严重的部位,低应力幅状态下最大主应力位于缺口根部,高应力幅状态下最大主应力不再位于缺口根部,而是朝宽度方向偏移位于试样内部,塑性变形会导致缺口根部应力比减小。结合缺口根部的塑性变形与应力比变化对S-N曲线中出现的转折点和过渡区进行了分析,解释了高应力幅下厚度越大试样疲劳寿命更好的原因。采用Fe-safe能对三种厚度缺口试样在σ<200MPa时的失效部位和疲劳寿命进行有效预测。将试验结果与有限元结果相结合对SWT模型损伤参数进行了讨论,之后对损伤参数进行了修正,得到修正模型1,修正模型1能对低周疲劳阶段进行有效预测,预测精度有了极大的提高。结合缺口根部应力比变化,在SWT模型损伤参数中引入缺口根部应力比,得到了修正模型2,适用于高周疲劳与过渡区阶段,预测结果与试验结果吻合良好,预测误差极小。

关键词：缺口疲劳 2024铝合金数值模拟寿命预测局部应力应变微观断裂机理

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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某型高强度螺栓断裂失效分析

热加工工艺 2009年第2期38卷 128-130页

作者：林轻杨兴林江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212003

为了能确定某海上设备使用的35CrMnSiA高强度螺栓的断裂原因,对断裂的螺栓进行外观检查,断口宏观、微观分析,氢含量检测,金相组织检查及硬度检测等试验。在理化试验的基础上,运用微观断裂机理对螺栓的断裂原因进行分析,得出结论:其断裂... 详细信息

为了能确定某海上设备使用的35CrMnSiA高强度螺栓的断裂原因,对断裂的螺栓进行外观检查,断口宏观、微观分析,氢含量检测,金相组织检查及硬度检测等试验。在理化试验的基础上,运用微观断裂机理对螺栓的断裂原因进行分析,得出结论:其断裂失效性质为由应力,氢和腐蚀共同作用引起的氢致开裂型应力腐蚀断裂。其中,引起螺栓断裂的氢来自外界腐蚀环境。提出改善螺栓的加工工艺和使用无氢脆的涂覆层来提高螺栓的抗腐蚀断裂能力。

关键词：高强度螺栓失效分析氢脆应力腐蚀微观断裂机理

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高聚物纤维材料的高应变率响应行为研究

高分子材料科学与工程 2002年第5期18卷 143-147页

作者：熊杰王家俊施楣梧王善元浙江工程学院材料与纺织分院浙江杭州310033 总后军需装备研究所北京100088 东华大学上海200051

利用 MTS和旋转盘式杆 -杆型冲击拉伸试验装置 ,在高应变率、大应变率范围条件下 (Aramid:0 .0 1/ s～ 10 0 0 / s;PVA:0 .0 1/ s～ 15 0 0 / s) ,研究了应变率对芳纶纤维和高强 PVA纤维束力学性能的影响 ;同时 ,利用扫描电子显微镜考... 详细信息

利用 MTS和旋转盘式杆 -杆型冲击拉伸试验装置 ,在高应变率、大应变率范围条件下 (Aramid:0 .0 1/ s～ 10 0 0 / s;PVA:0 .0 1/ s～ 15 0 0 / s) ,研究了应变率对芳纶纤维和高强 PVA纤维束力学性能的影响 ;同时 ,利用扫描电子显微镜考察了纤维材料在不同应变率下的微观断裂机理。

关键词：高聚物纤维高应变率响应行为研究芳纶纤维高强PVA纤维微观断裂机理