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基于微观机制X型圆钢管相贯节点超低周疲劳断裂研究

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基于微观机制X型圆钢管相贯节点超低周疲劳断裂研究

作者：夏义舒贵州大学

学位级别：硕士

钢材凭借其诸多优点被广泛应用于建筑结构中。近年来随着我国国民经济和建筑市场的不断发展,国内钢结构的应用范围在不断扩大,建筑钢结构科学技术领域的发展也在不断提高。但建筑科学领域对钢管结构相贯节点极限承载力以及超低周疲劳断... 详细信息

钢材凭借其诸多优点被广泛应用于建筑结构中。近年来随着我国国民经济和建筑市场的不断发展,国内钢结构的应用范围在不断扩大,建筑钢结构科学技术领域的发展也在不断提高。但建筑科学领域对钢管结构相贯节点极限承载力以及超低周疲劳断裂方面的研究并不充分。本文以圆钢管相贯节点为研究对象,研究思路由简入繁,从平面节点入手,对常见的圆钢管X型相贯节点进行研究。空穴扩张模型(Void Growth Model,简称VGM模型)和循环空穴增长模型(Cyclic Void Growth Model,简称CVGM模型)在狗骨试件以及梁柱节点中的研究成果较多,但在相贯节点中的研究成果较少。本文采用有限元分析与试验数据相结合的方式进行研究和探索,以期找到一个适用于圆钢管相贯节点延性断裂的断裂模型。本文研究的主要内容及成果如下:(1)X型圆钢管相贯节点有限元分析中断裂预估点处的正交化Lode角值表明该点的应力状态为组合应力状态,且剪切应力较大,而VGM断裂模型中的韧性参数η是在轴对称拉伸试验中测得,并未考虑Lode角对其断裂预测结果的影响,在VGM模型中考虑Lode角参数影响可提高该模型在圆钢管相贯节点断裂预测的适用性,经本文对现有试验数据的初步分析,建议采用修正后的X-VGM模型进行断裂预测,能够更好的预测X型圆钢管相贯节点的延性断裂并满足实际需求。(2)节点断裂处的应力幅会随着初始位移(加载幅值)的改变而产生相应的变化,因此初始位移(加载幅值)对节点在往复荷载作用下的荷载循环次数有较大影响。为考虑节点在罕遇强地震荷载作用下的耗能能力,在设计节点尺寸时应刚柔并济,并严格控制焊接质量。(3)增加焊脚高度可以提升节点的滞回性能,当焊缝强度与节点刚度相匹配时,可以大幅提升节点的滞回性能。(4)节点耗能虽以主管凹凸变形为主,但由于支管壁厚限制了连接处的焊脚高度,而连接处的强度又要与主管刚度相匹配,因此设计时要严格控制节点各构件之间的匹配关系。(5)焊缝构型对节点断裂预测和滞回性能有很大的影响,应根据节点自身特性的不同,评价焊缝构型对节点滞回性能的影响,当β较大、主管刚度较高时易采用对接焊缝。

关键词：相贯节点微观判据正交化Lode角断裂预测超低周疲劳断裂耗能能力

基于钢框架梁柱焊接节点超低周疲劳性能的焊接孔构造优化研究

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建筑结构学报 2024年第4期45卷 206-215页

作者：吴雨杭李元齐同济大学土木工程学院上海200092

强往复荷载作用可能导致钢框架梁柱节点的焊接孔处发生超低周疲劳(ULCF)断裂,将数值模拟的应力应变状态代入循环孔洞扩张模型(CVGM)是预测ULCF断裂的普遍方法。将上述方法扩展至改进循环孔洞扩张模型(ICVGM),可用于各类焊接孔形节点的... 详细信息

强往复荷载作用可能导致钢框架梁柱节点的焊接孔处发生超低周疲劳(ULCF)断裂,将数值模拟的应力应变状态代入循环孔洞扩张模型(CVGM)是预测ULCF断裂的普遍方法。将上述方法扩展至改进循环孔洞扩张模型(ICVGM),可用于各类焊接孔形节点的断裂预测,给出优化的焊接孔形。为此,基于既有试验数据提出ICVGM参数标定方法,确定Q355钢的相关参数;将ICVGM预测结果与钢框架节点局部试件断裂试验结果进行对比,揭示二者的一致性,验证ICVGM较CVGM的准确性;同时,采用ICVGM获得不同焊接孔形节点的断裂倾向,提出优化建议及合理孔形。有限元参数分析表明:增加焊接孔长度可以降低节点的断裂倾向;采用半圆形及FEMA-350推荐孔形节点的断裂倾向最低;优化孔形使得断裂位置由热影响区转移至母材,从而提高节点延性。

关键词：梁柱焊接节点往复作用超低周疲劳断裂改进循环孔洞扩张模型参数标定优化焊接孔形

建筑结构钢材及其焊缝循环本构模型的实验研究

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2019年第A02期52卷 1-8页

作者：王元清关阳刘明卜宜都刘希月顾浩洋清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084 沈阳建筑大学土木工程学院沈阳110168 国防科技大学空天科学学院长沙410073

为研究钢结构的超低周疲劳断裂问题,探究钢材的循环本构关系,使用普通钢Q235B和Q345B共18个标准圆棒试件,采用等幅循环加载,研究试件滞回性能、破坏形态和损伤退化特性,在Chaboche本构模型的基础上,利用实验滞回曲线,标定了Q235B和Q345... 详细信息

为研究钢结构的超低周疲劳断裂问题,探究钢材的循环本构关系,使用普通钢Q235B和Q345B共18个标准圆棒试件,采用等幅循环加载,研究试件滞回性能、破坏形态和损伤退化特性,在Chaboche本构模型的基础上,利用实验滞回曲线,标定了Q235B和Q345B钢材本构模型的参数,并利用ABAQUS对实验结果进行有限元模拟.通过混合强化材料实验研究表明,Q345B钢材及其焊缝在低周往复加载时的耗能能力要高于Q235B钢材及其焊缝,采用Chaboche本构模型可以准确地模拟钢材的循环滞回特性,有限元与实验结果比对较吻合,为预测钢材循环往复韧性断裂提供了可行办法.

关键词：超低周疲劳断裂 Q235B和Q345B 等幅循环 Chaboche钢材塑性本构模型有限元分析

考虑Lode参数影响的Q235B钢循环微孔扩展模型

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建筑结构 2021年第4期51卷 124-130页

作者：赵威黄学伟赵军葛建舟郑州大学力学与工程科学学院郑州450001

基于微观机制的循环微孔扩展模型可以用来预测钢材的超低周疲劳断裂,但是该模型主要考虑应力三轴度的影响,而忽略了Lode参数对钢材超低周疲劳断裂的影响。在循环微孔扩展模型(CVGM模型)的基础上,提出了考虑Lode参数影响的断裂模型(LCVG... 详细信息

基于微观机制的循环微孔扩展模型可以用来预测钢材的超低周疲劳断裂,但是该模型主要考虑应力三轴度的影响,而忽略了Lode参数对钢材超低周疲劳断裂的影响。在循环微孔扩展模型(CVGM模型)的基础上,提出了考虑Lode参数影响的断裂模型(LCVGM模型)。采用Q235B钢材设计并加工了一批可表征不同应力状态的试件,开展了试件的单调拉伸和超低周循环加载试验。根据试验和有限元计算结果,得到了Q235B钢材的LCVGM模型参数。最后,利用考虑Lode参数影响的Q235B钢材的LCVGM模型预测了平面应变试件的超低周疲劳断裂过程,预测结果与试验结果的吻合很好,并且比CVGM模型的预测精度更高。

关键词： Q235B钢材超低周疲劳断裂 Lode参数循环微孔扩展模型

基于微观损伤模型的Q460C钢材断裂行为研究

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基于微观损伤模型的Q460C钢材断裂行为研究

作者：陈博林北京交通大学

学位级别：硕士

钢结构在强烈地震作用下将会发生超低周疲劳断裂,这类断裂现象通常伴随明显的塑性变形,具有延性断裂的特征。近年来对于金属材料的延性断裂研究已经由传统断裂力学理论逐渐转变为基于微观断裂机理的局部断裂理论,很多学者提出了适用于... 详细信息

钢结构在强烈地震作用下将会发生超低周疲劳断裂,这类断裂现象通常伴随明显的塑性变形,具有延性断裂的特征。近年来对于金属材料的延性断裂研究已经由传统断裂力学理论逐渐转变为基于微观断裂机理的局部断裂理论,很多学者提出了适用于不同应力状态的局部断裂预测模型,并验证了预测结果的准确性。但是,这些模型主要针对于高应力三轴度的疲劳断裂以及低应力三轴度的拉伸断裂,在低应力三轴度水平下的超低周疲劳断裂范畴还没有进行充分的研究。因此,本文设计了对应高、中、低三种应力三轴度状态的试件,并进行单向拉伸试验和超低周疲劳试验,在前人研究的基础上,提出了适用于全范围应力状态的局部断裂预测模型。本文内容包含以下四个方面:(1)设计了针对高应力三轴度轴对称应力状态的圆棒试件、高应力三轴度平面应变状态的平板试件、以及低应力三轴度剪切应力状态的剪切试件,并设计了单向拉伸以及增幅、等幅、变幅疲劳加载共四种加载制度。(2)完成了 11个单向拉伸试验和25个超低周疲劳试验。根据光滑圆棒试件的试验数据,分别校准了用于模拟单向拉伸试验的材性数据,以及超低周疲劳试验的混合强化模型参数。(3)依据有限元模拟数据,校准了 VGM模型、SWDM模型以及LOU模型的各项系数,编写了 ABAQUS有限元软件的UVARM用户子程序,计算得到各模型的预测结果并进行对比分析。(4)以LOU模型为理论基础建立用于超低周疲劳试验的CLOU延性断裂预测模型,编写UVARM子程序。利用23个不同试件类型以及不同加载制度的疲劳试件校准CLOU模型、CVGM模型以及SWDM模型的系数,验证三种模型的预测结果准确性,分析疲劳试验的损伤积累过程,得到能够应用于全范围应力状态的断裂预测模型,并提供适用于Q460C钢材的三种断裂模型的材料系数。

关键词：超低周疲劳断裂局部断裂预测模型低应力三轴度 Q460C