结构钢断裂试验研究及应力三维度对断裂的影响.pdf

兰州理工大学
硕士学位论文
结构钢断裂试验研究及应力三维度对断裂的影响
姓名:王五星
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:孙玉萍
20100601
摘要曩在很多情况下钢结构脆断时并未超载,且塑性变形很小,其后果是灾难性的,任何工程均无一例外的要求避免脆断。而经典会属强度理论、损伤力学和断裂力学的研究成果均对结构钢宏观脆断无能为力。因此,研究结构钢断裂的主要影响因素及其因素间的关系将具有重大意义。为研究结构钢在三轴应力状态下的断裂机理和抗断设防,对个结构钢开孔管试件、个结构钢刻痕杆试件进行了断裂拉伸试验和数值模拟分析,试验结果显示:裂纹起始于孔边和刻痕杆的最小断面处,沿与荷载垂直方向迅速扩展,断面垂直于荷载方向,并有明显的剪切破坏痕迹。在三轴应力较高的切口区域,试样有较小的塑性变形,破坏面沿着与主应力垂直方向发生,反之,塑性变形聚集较大时在最大剪应力方向产生塑性流动,有明显的塑性变形,破坏面为明显的剪应力引起的韧性破坏,显示出断裂的定性规律;该试验验证了“初始裂纹都位于垂直于加载方向的圆孔周边的试件表面和刻痕根部危险断面处”,三轴应力在最危险断面厚度中心处和刻痕心部达最大值。另外,在含有裂纹、空洞、刻痕、凹角、缺陷处及截面突变部位易形成应力集中和脆性破坏并且在三轴应力较高的区域首先出现裂纹。数值模拟的力一位移曲线跟试验吻合较好,其应力场可以作为断裂机理分析。通过对开孔管应力场进行数值模拟发现结构钢断裂强度吼与应力三维度盯。/,有着密切的关系,对断裂应力场的回归分析,得出了断裂强度与应力三维度之间的关系式。对刻痕杆断裂应力场分析可知结构铡断裂时的等效应变与该断裂面上的平均应力三维度#。有着密切的关系,通过分析得到了应力三维度与断裂时的等效应变之间的关系曲线。该实验再次证明了影响结构钢断裂的主要因素为应力三维度和等效应变,它可以很好的预测裂纹的形成位置。给后续的理论研究提供了详实的实验资料。关键词:结构钢;刻痕杆;开孑埽河αθ龋欢狭延Ρ洌欢狭蜒有裕皇的D猓等效应变硕侔曼曼曼曼曼量曼曼曼曼皇曼曼曼皇—
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第一章绪论弟一早三百课题背景及意义开发的吞逑担灰獯罄痔居肴饶茄谴笱Ш献餮芯康腂工业化建筑体系等,免的存在着内部的缺陷,尤其是构件的厚度增加也会使得内部缺陷出现的可能性增大。了梁柱连接性能及其对钢框架结构抗震性能影响等方面的研究。这些研究主要集中在传钢结构是世界高层建筑中较早采用的一种结构类型,也是今后最有发展前景的结构类型之一。钢结构与其他材料的结构相比具有很多优越性。例如,钢材材质均匀,抗压、抗拉和抗剪强度均很高,并且具有良好的延性,能减弱地震反应,具有抵抗强烈地震的变形能力⋯。随着国民经济的快速发展,钢结构也越来越广泛的应用于建筑工程,桥梁工程。年北京奥运会的鸟巢和水立方堪称钢结构应用的经典,可以预见,建筑钢结构将迎来一个快速发展高峰。钢框架是钢结构住宅中最常用的结构形式之一。钢结构住宅在欧美的应用己经有几十年的历史,近年来呈逐年上升的趋势。美国普通低层民用住宅中钢结构的比例由年代的シ⒄沟侥壳暗ィ蔷幼⌒偷筒憬ㄖィ换褂型净课葜晔交嵘都是较完整的节能环保型钢结构住宅体系【。钢结构住宅作为十五期间我国将要重点推广的项目,其具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、结构构件尺寸小、工业化程度高、结构净空大、环保、综合经济指标好等特点,同时钢结构又是可重复利用的绿色环保材料。因此,钢结构住宅是很有发展前途的一种房屋建筑体系。随着钢结构等金属材料在我国的广泛应用,高强度钢材、厚板金属材料也丌始在部分工程中得到应用。但是高强度金属材料以及