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,基于微孔扩展机制的超低周疲劳断裂模型在钢材韧性断裂分析中开始逐步得到应用。为研究循环微孔扩展模型(CVGM)是否适用于预测国产Q690D高强度结构钢材的断裂破坏,设计加工了17个圆棒试样和3个狗骨削弱型板状试样(DB)。应用MTS轴向伺服疲劳试验系统进行钢材圆棒试样在单调加载和超低周循环加载下的断裂破坏试验,获取了Q690D钢材的应力-应变关系、基本力学参数和试样的荷载-位移曲线,分析了加载制度对试样承载能力和变形能力的影响。试验结果表明:1)Q690D钢材没有明显的屈服平台,存在明显的缺口强化效应和循环软化现象,由于循环加载过程中材料发生了损伤,使得循环加载后再拉伸时的断裂位移小于单调加载情况。2)通过分析试样断口形貌,发现试样裂纹均起始于试样最小截面中心处,并采用扫描电镜观察了试样断口的微观形貌,断口呈现韧窝形式的延性断裂特征,符合微孔扩展断裂力学的机理,同时通过电镜扫描结果得到了Q690D钢材的特征长度约为0.3 mm。应用ABAQUS软件建立试样的有限元模型,基于Q690D钢材圆棒试样的试验结果,结合有限元分析,标定了Q690D高强度钢材的循环微孔扩展模型(CVGM)和退化有效塑性应变模型(DSPS)参数。单调加载时,循环微孔扩展模型和退化有效塑性应变模型退化为微孔扩展模型(VGM)和应力修正临界应变模型(SMCS)。最后,借助ABAQUS软件中的用户子程序USDFLD,采用Fortran语言对CVGM模型进行编程,在数值计算过程中,当材料单元达到破坏准则要求时,判定单元破坏,将单元的应力释放,然后按照新的状态继续进行有限元计算至试件破坏。应用钢材的CVGM,对狗骨削弱型板状试样在不同加载制度下的断裂破坏进行预测分析,得到试样的裂纹起始位置、荷载-位移曲线,断裂位移均与试验结果吻合良好,且试样极限荷载、断裂位移预测结果误差分别在2%、12%左右。     

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.     

基于钢框架梁柱焊接节点超低周疲劳性能的焊接孔构造优化研究

强往复荷载作用可能导致钢框架梁柱节点的焊接孔处发生超低周疲劳(ULCF)断裂,将数值模拟的应力应变状态代入循环孔洞扩张模型(CVGM)是预测ULCF断裂的普遍方法。将上述方法扩展至改进循环孔洞扩张模型(ICVGM),可用于各类焊接孔形节点的断裂预测,给出优化的焊接孔形。为此,基于既有试验数据提出ICVGM参数标定方法,确定Q355钢的相关参数;将ICVGM预测结果与钢框架节点局部试件断裂试验结果进行对比,揭示二者的一致性,验证ICVGM较CVGM的准确性;同时,采用ICVGM获得不同焊接孔形节点的断裂倾向,提出优化建议及合理孔形。有限元参数分析表明：增加焊接孔长度可以降低节点的断裂倾向;采用半圆形及FEMA-350推荐孔形节点的断裂倾向最低;优化孔形使得断裂位置由热影响区转移至母材,从而提高节点延性。     

使用基于微观力学的断裂模型预测钢梁-柱节点的超低周疲劳

抗弯钢框架的梁-柱节点在地震中可能会遭受超低周疲劳(ELCF)。使用循环孔洞增长模型(CVGM)——1个基于微观力学的断裂模型——预测梁-柱连接的ELCF断裂。9个足尺连接试件的试验结果验证了该模型的有效性。此外,采用精细有限元模型模拟连接件的循环性能,基于应力和应变的时间历程计算CVGM裂缝指数。CVGM预测的出现ELCF断裂前的循环次数和累积变形与试验结果相符。该方法能够准确预测非弹性循环荷载作用下梁-柱节点的ELCF断裂。     

循环荷载作用下钢材的试验及本构模型研究

为了研究钢材的超低周疲劳性能及循环荷载作用下的本构关系,对50组Q235-B和Q345-B钢材进行超低周疲劳试验。研究了Q235-B和Q345-B钢材的力学性能,如:单调加载性能、滞回性能及滞回准则。通过对钢材全过程滞回性能的研究,建立了循环荷载作用下钢材的简化单轴本构模型。基于有限元软件ABAQUS的用户子程序接口UMAT,用户可自定义钢材的单轴本构属性。通过引入纤维梁单元,可利用单轴本构模型进行结构分析。通过对比各种荷载作用下Q235-B和Q345-B钢材的试验数据,验证了本模型的正确性,利用本模型可进行钢框架的非线性时程分析。试验和数值分析结果均表明:Q235-B和Q345-B钢材在循环荷载和单调荷载作用下的性能有很大不同,钢材屈服后,循环荷载作用下的骨架曲线比单调荷载作用下更高;循环次数和振幅大小对材料韧性的影响很大。当受循环荷载作用时,钢材提前发生颈缩和断裂,这表明累积损伤降低了钢材的韧性。     

坑蚀对结构钢材低周疲劳性能的影响

为研究坑蚀对钢材低周疲劳性能的影响,以中国常用的结构钢材Q345为例,通过有限元分析并基于微观断裂判据循环空穴扩张模型(CVGM),对坑蚀钢材试件进行低周疲劳断裂预测,并通过与完好试件的结果对比,分析了蚀坑对钢材低周疲劳寿命的影响机理。在此基础上,研究了蚀坑的几何特征、分布形式以及荷载的应变幅等因素对钢材低周疲劳寿命的影响规律。结果表明:由于蚀坑断裂起始点等效塑性应变的加倍累积,与均匀锈蚀相比,蚀坑的存在更显著地改变了钢材的应力分布,进而降低其低周疲劳寿命,降低幅度可达50%以上;蚀坑深度和直径分别达到截面宽度的5%和厚度的20%以上时,断裂起始点的等效塑性应变随蚀坑深度增大而增加,低周疲劳寿命相应减小;多蚀坑试件的低周疲劳寿命总体上比单蚀坑试件明显降低,降幅为20%～30%;随应变幅增大,坑蚀对钢材低周疲劳性能的影响逐渐增大;基于强度等效原则的等效厚度设计方法无法反映坑蚀对钢材低周疲劳性能的影响。     

循环荷载作用下结构钢材本构关系试验研究

为准确模拟结构的地震响应,寻找在循环荷载下钢材的本构关系,采用工程常用Q235B及Q345B钢材共50个试件,施加多种加载制度,分析其单调性能、滞回性能、宏观微观破坏形态、延性特征以及损伤退化特性,并采用Ramberg-Osgood模型对循环加载骨架曲线进行拟合,进而得到Q235B及Q345B钢材在循环荷载下的一维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,确定了两种等级钢材本构模型的关键材料参数,并结合通用有限元程序ABAQUS对试验结果进行有效模拟,为今后准确计算结构在地震荷载下的反应提供重要依据.结果表明:钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的本构关系有很大差别,循环荷载下的骨架曲线对于准确的数值模拟起到重要作用;循环的圈数以及幅值会严重影响构件的断裂延性,钢材在循环荷载下的破坏应变不能按照单调荷载来确定.     

考虑焊接影响的低屈服点钢LY100超低周疲劳破坏机理研究

为研究低屈服点钢材LY100在反复拉力作用下的力学性能,设计LY100钢与Q345钢或Q235钢焊接连接的材性试件,共进行4组18个材性试件的单调和反复受拉加载试验研究。获得6种不同加载制度下试件的荷载-位移曲线、应力-应变曲线、滞回性能、超低周疲劳破坏机理以及延性特征等。研究结果表明,焊接接头对试件的超低周疲劳性能有不利影响,焊接接头使LY100钢材力学性能的稳定性和延性变差;LY100钢与Q345钢或Q235钢焊接后,材性试件的强度提高但延性下降;反复拉力作用下,带有焊接接头的材性试件呈现强度硬化、延性下降的受力特征,而未带焊接接头的材性试件会产生强度下降、延性增强的现象。     

X型圆钢管相贯节点超低周疲劳裂纹萌生寿命预测

为获得X型圆钢管相贯节点的超低周疲劳裂纹萌生寿命,对9个不同几何参数的X型圆钢管相贯节点进行数值模拟分析。采用钢材混合强化模型和循环孔穴增长模型(CVGM)对X型圆钢管相贯节点进行有限元分析,并运用ABAQUS子程序预测节点在不同等幅往复荷载作用下的超低周疲劳裂纹萌生寿命;根据正交设计试验理论,对X型圆钢管相贯节点的疲劳裂纹萌生寿命影响因素——支管与主管管径比β、主管径厚比γ进行参数化分析。研究结果表明：β越小,X型圆钢管相贯节点的裂纹萌生寿命越大;γ越大,X型圆钢管相贯节点的裂纹萌生寿命越大。最后基于裂纹萌生寿命的参数化分析结果,提出预测X型圆钢管相贯节点超低周疲劳裂纹萌生寿命的经验公式。     

锈蚀表面形貌及其对钢材超低周疲劳性能的影响

锈蚀是钢桥耐久性退化的主要形式之一,而锈蚀钢材的表面形貌是改变结构应变分布进而影响超低周疲劳性能的重要因素。为了研究钢材锈蚀形貌及其对超低周疲劳性能的影响,以中国钢桥建设中常用的Q345钢材为例,对4组不同锈蚀程度的人工加速锈蚀钢板试样进行表面形貌测量,讨论了用粗糙度、分形维数和功率谱密度函数3种指标表征锈蚀形貌的可能性;根据三维形貌实测数据建立试样的规整六面体单元模型,并利用循环空穴扩张模型(CVGM)计算了锈蚀钢材的超低周疲劳开裂寿命,分析了锈蚀形貌对钢材超低周疲劳开裂寿命的影响。结果表明:人工加速锈蚀试验的锈蚀速率受锈层阻隔影响明显;对于不同锈蚀时长的试样,各组表面轮廓的粗糙度、分形维数和功率谱密度函数区分度不高;锈蚀形貌的不均匀程度是引起试样超低周疲劳性能下降的重要因素,蚀坑位置的超低周疲劳开裂寿命受蚀坑所处截面缩小程度、所处位置以及形状特征等不均匀因素耦合影响。     

住宅楼安装中央空调的加固案例分析

文章通过两处住宅用房安装中央空调的事例,现场查勘、验算与鉴定,证实了在住宅用房的混凝土梁上钻孔洞安装中央空调管线的做法,影响了房屋结构的安全,同时给出了加固处理意见,提出了个人的几点看法.     

测量标志普查资料汇集技术处理

为了适应新的形势发展需要,安徽省国土资源厅已启动新一轮测量标志普查工作。与过去不同,此次普查在资料汇集、调查人员组织、调查资料归档与调用等方面做了较大变革,文章简明阐述了变革后的测量标志普查资料汇集技术处理的过程。     

Regularities of development of settling of models of deep footings

Conclusions 1. The effect of relative penetration on the change in magnitude of settlement is substantial. With the same specific pressure on the base the settlement of the model decreases as the relative penetration increases.2. Published data on values of unit friction forces along lateral surfaces of deep foundations were confirmed. The maximum value of resistance along the side surface was 2 tons/m².3. It was established that the realtionship between the settlement of the model and its diameter is nonlinear. This is of great importance in working out a method for calculating foundations of deep footings from deformations especially if one considers that in this case the foundation carries substantial pressures and deforms under conditions of strongly developed shear regions.Translated from Osnovaniya, Fundamenty i Mekhanika Gruntov, No. 6, pp. 11–12, November–December, 1971.     

自动扶梯逆行故障成因与分析

对自动扶梯突然反转而导致逆行故障的类别和成因进行了分析,讨论了逆行速度及症状,分析了逆行概率及风险,并针对逆行提出了一些对策。     

浅谈饲料中有效能的测定技术

饲料中有效能是供动物生长发育的基础。不同动物所用的有效能体系不同,目前大多数动物采用消化能、代谢能体系,但随着研究的发展与深入,发现最能反映饲料有效能的是净能体系。无论哪种体系,采用合理的测定技术准确测定饲料中的有效能值显得尤其重要,通过对饲料有效能值的准确测定可以实现动物所需能量的精确供给,减少养殖成本,使经济效益最大化。文章综述了几种有效能评价体系的测定技术。     

西安建筑科技大学城市规划专业硕士研究生学位论文选题分析

本文通过对西安建筑科技大学建筑学院城市规划专业1999-2004年硕士研究生的95篇毕业论文的选题进行整理分析,找出其中的趋势、规律,分析热点问题并试图提出建议。     

巷道围岩塑性区的德鲁克-普拉格准则解

考虑到巷道围岩屈服与中间主应力有关,运用德鲁克-普拉格准则推出了圆形巷道塑性区半径及应力的解析解。结果表明,在考虑中间主应力的情况下巷道围岩塑性区增大,证明中间主应力对塑性区具有一定影响。因此,该理论成果弥补了以往理论未考虑中间主应力的不足,也为巷道围岩塑性区的理论分析提供了一种新的理论计算方法。     

浅析步行街的建筑工效学——上海市吴江路步行街建筑工效学调研

从建筑工效学的角度对上海市吴江路休闲步行街进行了调查研究，根据调查结果，分析了其在建筑工效学上的一些特点与不足之处并进行了探讨，以期对步行街的建筑工效学设计提供准确的参考。     

关于运城市区排水的思考

通过了解运城市区的气候特征、地表水含量及排水现状,总结出市区排水工程存在的主要问题,并提出了市区排水工程规划思路,以期建设一个功能齐全、配套完善的市区排水系统,实现市区洪水、雨水、污水的安全有序排放。