单调荷载和超低周荷载作用下钢材的微观断裂模型及其参数校准

摘要

基于微观机制的断裂模型可用来预测钢结构的延性断裂。为校准 Q235B钢母材和Q345B钢母材以及ER-50型焊材的微观断裂模型参数，本文主要进行了以下工作：
　　（1）归纳总结现有材料微观力学模型及其基本假定，在此基础上遴选最能反映钢材延性裂缝开展基本机理与宏观断裂行为相互关系且便于结构工程应用的物理机制模型，即应力修正临界应变模型(SMCS)、空穴扩张模型(VGM)、以及退化有效塑性应变模型（DSPS）和循环空穴扩张模型（CVGM），并将其引入本文的钢结构断裂问题研究。
　　（2）以常用的Q235B钢母材、Q345B钢母材及其对应的ER-50型焊材三种材料为对象，首先对其进行光滑圆棒试验，以得到其相关材性数据；然后设计三种不同槽口半径的试件（每种材料6根，每种槽口2根，共18根），通过槽口曲率的变化反映临界截面应力三轴度的影响，并对圆周平滑槽口拉伸试件进行单向拉伸试验，获取其荷载与槽口伸长的关系曲线，捕捉其曲线斜率突变点作为延性断裂发生点。通过非线性弹塑性有限元分析得到起裂时的临界应力和应变，然后将其代入微观机制模型表达式从而确定断裂参数取值，并总结归纳了影响参数的因素。对拉伸试验拉断试件进行断口扫描电镜试验，以测得三种材料的特征长度l*。
　　（3）自编有限元软件 ABAQUS子程序 VUMAT，用微观机制模型作为开裂判据，将失效的单元逐个删除，模拟了单调荷载作用下的18根试件开裂后的荷载位移曲线，并与试验结果以及未考虑断裂的有限元模拟结果进行比较，初步探讨了在有限元分析中引入微观机制断裂判据得到钢结构试件全程荷载位移曲线的可行性。
　　（4）对圆周平滑槽口试件进行超低周疲劳试验和有限元分析，以校准Q235B钢母材、Q345B钢母材及ER-50型焊材三种材料超低周疲劳荷载作用下的微观机制模型损伤退化参数，使其可以用于超低周反复荷载下的钢结构焊接节点断裂问题分析。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 国内外微观机制模型应用研究现状

1.3 现有研究的不足之处

1.4 本文的研究工作

第二章 单调荷载作用下钢材的微观断裂模型试验

2.1 节点焊接及试件制作

2.2 单轴拉伸试验

2.3 圆周平滑槽口试件单向拉伸试验

2.4 本章小结

第三章 单调荷载作用下钢材模型的有限元分析及参数校准

3.1 有限元分析及参数校准

3.2扫描电镜试验

3.3 校准的三种材料参数与其他结构钢参数的比较

3.4 本章小结

第四章 有限元模拟裂后路径及其与试验结果的对比

4.1 VUMAT子程序模拟裂后路径的优势

4.2 各试件裂后荷载位移曲线与试验结果对比

4.3 本章小结

第五章 超低周疲劳荷载作用下钢材的微观断裂模型试验

5.1 圆周平滑槽口试件反复加载试验目的及内容

5.2 圆周平滑槽口试件反复加载试验过程

5.3 圆周平滑槽口试件反复加载试验结果

5.4 本章小结

第六章 超低周疲劳荷载作用下钢材模型的有限元分析及参数校准

6.1 有限元分析及参数校准

6.2 校准的三种材料参数与其他结构钢参数的比较

6.3 本章小结

结论及展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与科研及获奖情况

致谢