铸钢微观断裂判据研究及其在节点断裂预测中的应用

摘要

1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震的震后调查发现，节点的断裂往往伴随着较大的塑性变形，可归结为应力集中区域的超低周疲劳破坏。在空间结构、新型结构体系中构件与构件之间的节点连接日趋复杂，铸钢节点发挥其作用，有效预测铸钢节点的超低周疲劳破坏具有极大的研究价值。本文着重于空穴扩张的微观力学模型，研究了G20Mn5QT材料的单调加载断裂预测模型和往复加载断裂预测模型，并通过铸钢节点试验验证了标定模型的准确性。
　　其主要工作内容如下：
　　（1）概况了单调荷载作用下的微观机制模型，即SMCS模型和VGM模型，超低周往复荷载作用下的微观机制模型，即CVGM模型、DSPS模型和ICVGM模型。
　　（2）通过对G20Mn5QT材料的标准试件进行单调拉伸试验和相应的有限元研究，确定单调荷载作用的微观机制模型参数α和η，并通过设计的螺栓孔试件验证了其准确性。
　　（3）用标定的SMCS和VGM模型对天津大学刘铭劼进行的4个铸钢件连接节点的拉伸试验进行了断裂预测，预测断裂位置和断裂荷载与试验结果相比具有较高的精度，验证了SMCS和VGM模型预测实际铸钢节点在单调荷载作用下的延性断裂的适用性。
　　（4）通过对G20Mn5QT材料的标准试件进行往复加载试验和相应的有限元研究，确定往复荷载作用下的微观机制模型参数?DSPS、?CVGM和?ICVGM，并通过设计的螺栓孔试件的往复加载试验验证了其准确性。
　　（5）用标定的DSPS、CVGM和ICVGM模型对铸钢空心球节点进行了ULCF寿命预测，分析了3种模型的预测能力，结果表明3种模型在对称循环荷载作用下的预测能力相近，在有极小非弹性受压循环荷载作用下ICVGM预测能力更强。
　　本文结合实验研究和有限元分析的方法，确定了2个单调荷载作用下的微观机制模型参数以及3个往复荷载作用下的微观机制模型参数。标定的断裂预测模型经过算例的有效验证，可以应用于铸钢节点的断裂预测分析。这是首次对铸钢材料G20Mn5QT的微观机制模型研究，对于有效判断铸钢节点的ULCF性能具有重大的应用价值。

目录

声明

第1章绪论

1.1选题的背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究工作

第2章微观机制断裂预测方法

2.1金属材料微观断裂机理

2.2单调荷载作用下的微观机制模型

2.3超低周疲劳荷载作用下的微观机制模型

2.4特征长度

第3章 单调荷载作用下G20Mn5QT材料微观机制模型参数标定

3.1引言

3.2试件制作

3.3单轴拉伸试验

3.4圆周平滑槽口试件单向拉伸试验

3.5扫描电镜试验

3.6螺栓孔试件拉伸试验

3.7标定的G20Mn5QT韧性参数与其他结构钢参数比较

3.8本章小结

第4章 微观断裂模型在铸钢件连接节点单向拉伸断裂预测中的应用

4.1引言

4.2试件设计

4.3试验装置及加载制度

4.4试验结果

4.5有限元分析

4.6微观机制模型预测结果与试验结果对比

4.7本章小结

第5章 超低周疲劳荷载作用下G20Mn5QT材料微观机制模型参数标定

5.1引言

5.2圆周平滑槽口试件反复加载试验目的及内容

5.3圆周平滑槽口试件反复加载试验过程及结果

5.4有限元分析及参数标定

5.5标定的损伤参数在螺栓孔试件试验中的验证

5.6标定的G20Mn5QT损伤参数与其他结构钢参数的比较

5.7本章小结

第6章 微观机制模型在铸钢空心球节点超低周疲劳断裂预测中的应用

6.1引言

6.2铸钢空心球节点设计

6.3轴对称模型与实体模型的比较

6.4节点单调荷载作用下的断裂预测

6.5节点超低周疲劳荷载作用下的断裂预测

6.6本章小结

第7章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢