Q460高强钢管节点疲劳累积损伤分析及疲劳性能

摘要

目前，国内外的学者对管节点的疲劳性能做了大量的研究工作，取得了许多令人欣喜的成果。然而，由于高强度钢材在结构工程领域应用才逐步展开，对于高强钢管节点的疲劳性能研究还处于起步阶段，有关研究成果几乎未见报道。采用高强度钢材的管节点与现今常用等级的普通钢材管节点相比，无论在材料性能还是焊接性能方面都有很大差异，这种差异必然会给管节点的受力性能（包括疲劳性能）带来影响。因此，有必要针对高强钢管节点的疲劳性能进行研究，并对研究成果进行总结，为将来钢管结构的设计提供理论支持和技术储备。从前述的研究现状来看，目前国内外的专家和学者主要是基于疲劳试验和传统的疲劳分析方法对钢管节点的疲劳性能进行研究。受限于疲劳试验的高研究成本,理论分析在疲劳研究领域是一个重要途径。而传统的分析方法并不能揭示钢管节点疲劳破坏全过程，不能科学地反映其疲劳破坏的特征。
　　本文主要基于Q460C高强钢材疲劳性能试验研究和连续损伤力学理论，建立符合高强钢材料疲劳损伤过程的损伤演化模型，提出完整的高强钢管节点疲劳损伤全过程的有限元分析方法。在此基础上，以T型管节点为研究对象，对其进行疲劳损伤过程分析并探讨其疲劳性能，为高强钢管节点疲劳寿命预测评估提供合理可行的参考方法，为管节点疲劳设计方法的完善以及相关规范的修订提供可靠的试验依据和理论储备。
　　本文的主要工作如下：
　　①依据《金属材料.疲劳试验.轴向力控制方法》，对Q460C钢材的疲劳性能进行了试验研究，获得了其材料疲劳性能参数和静力参数，并拟合得到Q460C钢材的S-N曲线。
　　②基于材料的疲劳试验，完成了Q460C钢材的疲劳损伤过程中的电阻试验，对材料电阻的变化进行了测定，得到了Q460C钢材的疲劳损伤量的变化规律。
　　③演化方程进行了研究，求解出适用于Q460C钢材疲劳损伤演化方程的参数，获得了其疲劳损伤演化模型。
　　④基于 ABAQUS程序，编写了用户材料子程序以反应损伤对单元刚度的影响，并完成了损伤力学－有限元方法对钢管节点疲劳累积损伤过程的模拟分析。
　　⑤依据损伤力学－有限元方法，以T型钢管节点为研究对象，对高强钢管节点的疲劳性能及其损伤特性进行了分析，初步获得了其疲劳寿命评估的S-N曲线。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1前 言

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作

2 Q460钢材疲劳及电阻试验研究

2.1试验概述

2.2静力拉伸试验

2.3疲劳试验

2.4电阻法测量损伤变量

2.5小结

3 Q460钢材疲劳损伤演化模型

3.1损伤演化方程

3.2试验曲线的拟合

3.3参数a拟合

3.4小结

4 Q460钢管节点疲劳累积损伤分析

4.1损伤力学有限元法求解计算疲劳问题的现状

4.2预测疲劳寿命的损伤力学有限元法

4.3耦合疲劳损伤的有限元计算

4.4疲劳损伤模型

4.5管节点的疲劳累积损伤分析

4.6小结

5 结论和展望

5.1结论

5.2进一步工作展望

致谢

参考文献

附录 A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文