GTN模型对于钢材的参数标定

本文通过模拟两种缺口尺寸的圆棒试件的单向拉伸试验,并结合已有试验分析了GTN模型中各个参数对最终断裂结果的影响。结果发现该模型中的形核孔洞体积分数会导致承载力下降,临界孔洞体积分数越大,断裂点会相对靠后;断裂失效孔洞体积分数越大,材料失效后承载力下降的越慢。     

建筑钢材GTN损伤模型参数识别

对Q345B热轧无缝钢管加工的光滑和缺口圆棒试件进行单调加载试验,获取其应力-应变关系、载荷-位移曲线及基本材料参数,研究GTN损伤模型参数取值范围,采用逆推法识别GTN参数,在ABAQUS中利用自编GTN损伤模型UMAT用户子程序实现圆棒试件试验过程的数值模拟,依据数值分析结果比较孔洞的初始体积分数f₀、形核孔洞体积分数f_n和表征材料失效时的孔洞破坏体积分数f _F三个损伤参数对断裂预测结果的影响。结果表明：试件失效点位置随着f₀和f_n的增大提前出现,而f _F越大,试件断裂后下降段斜率则越小,并据此确定Q345B热轧无缝钢管材GTN损伤模型参数,所识别参数可以较准确预测钢试件的断裂点。     

Q690GJ高强度钢材单调和循环加载试验研究

钢材在循环荷载下将出现包辛格效应、循环硬化及循环软化现象,这使得钢材在循环和单调荷载下的本构关系有所区别。通过对国产Q690GJ高强度结构钢材进行单调和循环加载试验研究,并从单调和循环加载性能、循环加载现象等方面分析其力学性能差异。结果表明,Q690GJ钢材在循环荷载下的滞回性能良好,由于循环硬化作用使得钢材强度提高的幅度很小,循环软化较早出现,同时试件在循环荷载下由于塑性损伤累积,与单调加载相比延性变差。基于Ramberg-Osgood模型,可以较好地拟合Q690GJ高强度钢材在循环荷载下的应力-应变骨架曲线。     

Q345建筑钢材应力型断裂模型参数标定与应用

基于应力型的断裂模型可用于预测钢结构的延性断裂。本文依据圆棒试样的单调拉伸试验结果,标定了建筑结构中常见的Q345钢材的应力型临界断裂模型参数,并且基于断裂模型参数得到试样的荷载-位移曲线与试验结果有较好的一致性。应用Q345钢材的应力型断裂模型,对缺口板状试样的断裂破坏进行有限元数值模拟,试验结果验证了应力型断裂模型良好的预测精度。     

Q460D高强度结构钢材循环加载试验研究

高强度结构钢材在实际钢结构工程中已经得到广泛应用,国内外学者已经进行了一些研究,但对于循环荷载下高强度钢材本构关系的研究还很缺乏。通过对17个Q460D高强度结构钢材试件进行14种不同加载制度的单调和循环加载试验,得到不同加载制度下的应力-应变关系,探讨不同加载历史对其本构关系的影响,研究其材料本构模型、力学性能、破坏模式、变形和延性特征以及损伤退化特性。基于Ramberg-Osgood模型,拟合得到Q460D高强度结构钢材在循环荷载下的应力-应变关系骨架曲线;在Chaboche钢材塑性本构模型的基础上,通过试验标定Q460D高强度结构钢材的循环加载本构模型参数,并结合有限元程序ABAQUS对上述试验进行准确模拟。研究结果可为准确分析计算高强度钢材钢结构在地震作用下的受力性能提供基本前提。     

高强度结构钢材Q460D的疲劳性能试验研究

为探讨钢结构设计规范中高强度结构钢材的疲劳设计条文,促进高强度钢材的更广泛应用,选用Q460D钢材并对其材料的疲劳性能进行研究。利用该种钢材试件进行轴向拉伸疲劳试验,并测得描述材料疲劳性能的S-N曲线。试验结果发现:该批次的Q460D钢材试件疲劳试验结果有很大的离散性。试验得出,Q460D钢材在200万次下的疲劳强度比由GB 50017—2003《钢结构设计规范》计算的值要大。     

高强度结构钢材Q460D的疲劳性能试验研究

为探讨钢结构设计规范中高强度结构钢材的疲劳设计条文,促进高强度钢材的更广泛应用,选用Q460D钢材并对其材料的疲劳性能进行研究。利用该种钢材试件进行轴向拉伸疲劳试验,并测得描述材料疲劳性能的S-N曲线。试验结果发现:该批次的Q460D钢材试件疲劳试验结果有很大的离散性。试验得出,Q460D钢材在200万次下的疲劳强度比由GB 50017—2003《钢结构设计规范》计算的值要大。     

Q690钢材高温后的力学性能试验研究

通过升温、冷却和拉伸试验,对历经300~900℃高温后的Q690钢材在自然冷却和浸水冷却条件下的力学性能展开试验研究。结果表明：经高温冷却的Q690钢材在不同温度和不同冷却方式下有不同的外观特征;受热温度超过500℃时,高温冷却对Q690钢材的弹性模量影响很小,对其强度和伸长率影响较大;当受热温度不超过700℃时,Q690钢材高温后的强度和伸长率在两种冷却方式下具有基本相同的变化规律;在700~800℃之间,不同冷却方式对Q690钢材高温后强度和伸长率产生影响,且随温度升高差别愈加明显,自然冷却条件下强度降低且伸长率增大,浸水冷却条件下强度增大且伸长率减小。将Q690钢材高温后力学性能与Q235钢材和Q460钢材比较,认为不同强度等级钢材高温后的力学性能差别显著,在自然冷却条件下较高强度钢材（Q690）的强度衰减和延性增长大于较低强度钢材（Q235和Q460）的。根据试验结果,建立了不同冷却条件下的高温后各力学参数与受热温度之间的数学模型,该模型可用于火灾后Q690钢结构的承载能力的评估。     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能，使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系，基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型，考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响，模拟得到了钢柱的受火响应，其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明，无防护的Q690钢柱在受火20min左右发生破坏，破坏模式为整体失稳破坏；荷载比对临界温度影响较大，长细比和升温速率影响较小；Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN 1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能,使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系,基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型,考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响,模拟得到了钢柱的受火响应,其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明,无防护的Q690钢柱在受火20 min左右发生破坏,破坏模式为整体失稳破坏;荷载比对临界温度影响较大,长细比和升温速率影响较小; Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。     

Q690D钢材十字形焊接接头高温后的断裂破坏试验研究

为研究Q690D高强度钢材及焊缝连接件在常温和高温后的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字形焊接节点试样,完成了常温和一系列高温后Q690D钢材和ER80-G焊缝金属的单轴拉伸试验,得到了钢材和焊缝金属在不同高温后的弹性模量、屈服强度、极限强度和延伸率.开展了常温和高温后十字形焊接接头的单调拉伸试验和超低周...     

Q690D-QT高强钢材的高温动态拉伸力学性能

为了研究温度20～700℃下国产Q690D-QT高强钢的拉伸力学性能，开展了系列高温准静态和动态拉伸力学性能试验。试验结果表明：准静态拉伸下随温度上升，弹性模量和名义屈服强度f_0.2、f_0.5(其中f_0.2取为应力-应变曲线和应变0.2%比例偏移线交点的应力，f_0.5取应变为0.5%时对应的应力)不断下降，而名义屈服强度f_1.0、f_1.5、f_2.0(其中f_1.0、f_1.5、f_2.0分别取应变为1.0%、1.5%和2.0%时对应的应力)和抗拉强度在200～300℃间先略有上升，后不断下降；动态拉伸下屈服强度在室温下应变率效应不明显，在700℃时应变率效应明显。进一步地，采用多项式拟合给出了准静态弹性模量、屈服强度和抗拉强度的高温折减系数预测公式；并标定了可有效描述温度20～700℃、应变率1 000 s^-1下Q690D-QT高强钢拉伸力学性能的Joh...     

钢材新品种Q420q高强度结构钢研制成功

中国铁路工程集团公司所属的中铁大桥局主持开发的我国钢材新品种Q420q高强度结构钢研制成功，近日通过了铁道部科技司组织的专家审查，将投入到世界上设计荷载最大的铁路桥——南京大胜关长江大桥建设中。     

国产Q550、Q690、Q890高强钢材高温热膨胀系数研究

利用推杆式热膨胀仪,对国产Q550、Q690、Q890钢材的高温热膨胀系数进行了试验研究,得到了从室温至850℃的钢材的热膨胀值,利用两种计算方式得到了平均线膨胀系数和瞬间线膨胀系数,并对两种计算方式进行了对比。将钢材从室温升温至850℃的整个阶段按照热膨胀值的变化规律分为4个阶段。最后,将试验结果与其他强度钢材试验结果以及相关规范给出的建议值进行了对比,讨论了产生差异的原因。     

Q420高强度钢材的疲劳性能试验研究

为探究Q420高强度钢材的疲劳性能,针对Q420B和Q420C两种质量等级的钢材开展了相应的疲劳试验研究。通过两组常温条件下的轴向循环拉伸疲劳试验,获得了Q420B和Q420C两种钢材不同应力水平下的疲劳寿命,并根据试验结果绘制其S-N曲线。试验结果表明:同等条件下,Q420C钢的疲劳性能高于Q420B钢的疲劳性能。将试验结果与GB 50017—2003《钢结构设计规范》的计算值进行比较,发现试验结果远高于规范计算值。     

Q235B钢材的微观损伤模型韧性参数校正

Q235B钢材在中国建筑领域应用广泛,但目前却缺乏该类钢材的空穴增长模型(VGM模型)和应力修正临界应变模型(SMCS模型)等微观损伤模型韧性参数.为此,取材自热轧无缝钢管以及冷焊钢管母材、热影响区、焊缝区的4种Q235B钢材,加工了8个光滑圆棒试件和24个缺口圆棒试件,通过系列单轴拉伸试验,辅以数值分析及电镜扫描试验,获得了Q235B钢材的VGM和SMCS模型韧性参数,确定了Q235B钢材的特征长度,然后试验验证VGM和SMCS模型对Q235B钢材韧性断裂的预测效果.结果表明:VGM与SMCS模型对Q235B钢材韧性断裂预测效果均很理想.     

Q690高强钢材受火后力学性能试验研究

正美国研究人员开展了Q690高强钢材的受火后力学性能试验研究,提出了估算Q690钢火灾后弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断裂应变的经验公式。试验考虑的变量包括温度(300～900℃)、冷却方式(空气中自然冷却和浸水冷却)、升温速率、循环加热和冷却以及初始加载条件的影响。试验结果表明,受火后Q690钢的弹     

基于GTN损伤模型的参数敏感性分析

利用ABAQUS有限元分析软件,建立缺口圆钢棒试件单轴拉伸材性模型。通过UMAT子程序,引入GTN微细观损伤本构模型描述材料本构关系,改变GTN损伤模型参数值,分析轴拉极限荷载和断裂位移预测结果对各GTN参数(形核时的平均等效塑性应变ε_n,形核应变的标准差S_n,形核粒子的体积分数f_n,初始孔洞体积分数f_0,考虑孔洞聚合作用引入的模型校准参数q_1、q_2,材料出现宏观裂纹时的孔洞体积分数f_F)的敏感性。采用曲线拟合轴拉极限荷载、断裂位移与GTN参数之间的关系,获取其对各参数的敏感度。结果表明:参数变化对断裂位移的影响较极限荷载更大。各参数对极限荷载的敏感度因子值最大为0.010 7,各参数敏感性由大到小依次是ε_n、S_n、q_1、f_n、q_2、f_0、f_F;而各参数对断裂位移的敏感度因子值最大为1.31,各参数敏感性由大到小依次是q_2、q_1、f_n、f_F、ε_n、f_0、S_n。     

Q690D高强钢基于循环微孔扩展模型的断裂预测分析

高强钢材在实际钢结构中已经开始逐步得到应用,开展钢材的超低周疲劳断裂分析是评价高强钢结构在强震作用下断裂破坏的基础.传统断裂力学方法均假定裂纹已经存在,且在初始裂纹尖端存在高应变约束,因此主要适用于研究塑性变形极其有限的脆性断裂问题,对超低周反复荷载下无宏观初始缺陷部位和发生显著塑性变形部位的延性断裂问题不太适用,基于...     

高强度Q690钢柱受火后受力性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱受火后的受力性能,采用电炉将2根高强度Q690钢焊接H形截面柱升温至800℃后自然冷却至常温,对受火后钢柱进行受压试验,得到钢柱的承载力和破坏模式。为考察受火对钢柱承载力的影响,对2根同尺寸不受火钢柱也进行受压试验。使用ABAQUS软件建立了试验钢柱有限元模型,考虑钢材受火后力学性能的退化和截面残余应力的影响,模拟试验构件的结构响应,并与试验结果进行对比。研究表明:钢柱均发生了绕弱轴的整体失稳破坏;经800℃受火作用后的钢柱承载力与不受火相比降低30%左右;有限元分析结果与试验结果吻合良好。进而采用有限元模型分析受火温度、冷却方式、长细比等参数对受火后Q690钢柱整体稳定系数的影响,有限元分析发现:受火后Q690钢柱稳定系数随受火温度升高呈先增大后减小的趋势,转折点为800℃左右;受火温度较低时冷却方式对Q690钢柱稳定系数影响较小,受火温度高于800℃后影响显著;受火后Q690钢柱稳定系数随长细比增大而降低,长细比小于80时,降低幅度较大,长细比超过80时,降低幅度减小。