Q345与Q460结构钢材单调和循环加载性能比较

因循环硬化、软化和包辛格效应等的影响,钢材在循环加载下的力学性能与单调加载下的力学性能会有很大差异。借助于对Q345和Q460两种强度等级钢材的单调和循环加载试验,分别从单调加载性能、循环加载现象、循环加载力学性能以及循环本构模拟等几个方面分析它们力学性能差异。分析结果表明,两种钢材单调加载下的延性都比较好,且Q460钢材的延性要优于Q345的。两种钢材循环加载时应力-应变曲线具有循环硬化、循环软化和包辛格效应等现象;循环作用使得两种钢材的硬化作用提前,Q345钢材的循环硬化现象更明显;Q460钢材循环荷载下的滞回耗能能力并不比Q345钢材差,同时循环荷载下钢材产生累积损伤。混合强化模型能较好地模拟两种钢材的循环拉压曲线,为进一步研究此类钢材结构抗震性能提供较为准确的本构模型。     

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。     

高强度钢材在±10%大应变下的循环加载试验

为实现高强度结构钢材拉压大应变循环加载试验,避免受压失稳,采用了标距与直径比为1.13的特小标距试件。有限元分析结果表明,在此标距范围内,钢材屈服后应力、应变仍是均匀的。标准尺寸试件与特小标距试件的单调拉伸试验结果对比表明,为去除大应变范围内试件面积变化影响而采用真实应力 真实应变表达钢材力学行为是必要和有效的。针对屈服强度达到510MPa的国产高强度结构钢材,采用了循环拉伸、等幅升幅、等幅降幅和等幅交替4种不同的循环加载制度,使最大循环应变幅达到了±10%。试验获得了大应变范围内钢材的应力-应变关系及滞回特性,结果显示,大应变范围内循环加载时钢材的应力强化将有显著趋缓现象,与常用的双折线模型有显著不同。     

高强度钢材在±10%大应变下的循环加载试验

为实现高强度结构钢材拉压大应变循环加载试验,避免受压失稳,采用了标距与直径比为1.13的特小标距试件。有限元分析结果表明,在此标距范围内,钢材屈服后应力、应变仍是均匀的。标准尺寸试件与特小标距试件的单调拉伸试验结果对比表明,为去除大应变范围内试件面积变化影响而采用真实应力-真实应变表达钢材力学行为是必要和有效的。针对屈服强度达到510MPa的国产高强度结构钢材,采用了循环拉伸、等幅升幅、等幅降幅和等幅交替4种不同的循环加载制度,使最大循环应变幅达到了±10%。试验获得了大应变范围内钢材的应力-应变关系及滞回特性,结果显示,大应变范围内循环加载时钢材的应力强化将有显著趋缓现象,与常用的双折线模型有显著不同。     

单调及循环拉伸下开孔Q235钢材力学性能试验研究

对33个Q235钢材性试件进行单向拉伸与循环拉伸加载下力学性能试验,对比试件的应力-应变曲线、荷载-位移曲线、骨架曲线,探讨试件在不同加载模式下的破坏机理、延性特征和滞回性能。试验结果表明,Q235钢材应力-应变曲线饱满,表现出良好的延性特征;开孔试件在孔洞周围应力集中现象明显;对比无开孔试件,开孔试件的耗能能力、抗拉强度和延性大幅度降低;试件开孔个数对试验结果有一定影响,开两个孔试件的延性及抗拉强度优于开一个孔的试件;试件耗能能力与加载模式的应变幅值和滞回圈数有关,试件耗能能力随应变幅值和滞回圈数的增大而增加。     

腐蚀损伤Q690E钢板单调拉伸性能与滞回性能研究

为了研究腐蚀损伤对国产Q690E高强钢板单调拉伸性能和滞回性能的影响,通过人工加速盐雾腐蚀试验得到腐蚀损伤试件,并对不同腐蚀损伤程度的试件进行了单调拉伸试验和单轴循环加载试验。基于单调拉伸试验结果,得到名义屈服强度、名义抗拉强度、屈强比及断后伸长率等基本拉伸性能指标与腐蚀损伤程度之间的回归关系。基于单轴循环试验结果,分析了腐蚀损伤对钢板应力-应变滞回曲线、低周疲劳寿命、循环软化性能以及耗能性能等的影响。结果表明：Q690E钢板的单调拉伸性能指标随腐蚀损伤程度增加而线性降低,在相同腐蚀程度下变形性能退化程度远远高于强度退化程度,高强钢板比低碳钢板对腐蚀损伤更敏感;恒幅循环加载下腐蚀损伤会降低钢板的低周疲劳寿命,造成滞回曲线的退化和捏缩,腐蚀损伤不影响钢板稳定软化阶段的循环软化程度但是影响循环软化速率;增幅循环加载下,随着腐蚀程度增加,钢板承载力不断退化,滞回耗能能力呈先增大后减小的趋势。     

大应变纤维增强复材-混凝土-高强钢组合实心圆柱轴压试验研究

纤维增强复合材料(FRP)被越来越广泛应用于土木工程的新建结构中,FRP与传统建筑结构材料(混凝土或钢材等)组合形成的组合柱是最常见的形式之一。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET) FRP是一种基于回收旧塑料的环保型大应变FRP。通过试验研究了PETFRP-混凝土-高强钢组合实心圆柱在单调与往复轴压荷载作用下的力学性能,试验参数为PETFRP层数和加载方式。试验研究结果表明:PETFRP-混凝土-高强钢组合实心圆柱具有显著的承载力和变形能力,PETFRP管、混凝土与内钢管存在良好的相互作用,试件中内钢管的屈曲破坏被有效限制,使其屈服后强度被充分利用。单调轴压下组合柱荷载-应变曲线为具有单调上升趋势的双线性曲线,循环轴压下荷载应变曲线能够较好地与单调轴压下试件的包络线重合。指定卸载应变处多次循环加载时,塑性应变表现出累积效应,循环增加导致在指定卸载应变处恢复应力下降和极限轴向应变降低。     

Q460高强钢单调与反复加载性能试验研究

通过对Q460高强钢进行单向拉伸与反复加载下材料性能试验，得到了各试件单调拉伸和反复加载下的应力-应变关系曲线，以及反复加载下的骨架曲线，并将试验结果与文献研究结果进行了对比。试验结果表明：单向拉伸材性试验中，11 mm厚Q460C高强钢板的平均断后伸长率为23.7%，屈强比为0.847； 21 mm厚钢板的平均断后伸长率为30.4%，屈强比为0.792；Q460钢的循环硬化程度比Q345钢明显减弱，主要原因是随着钢材强度的提高，钢材的屈强比增大，钢材的应变强化效应减小。根据钢材反复加载的滞回曲线，提出了Q460高强钢材的应力 应变滞回模型，用该模型计算得到的关系曲线与试验曲线对比，两者吻合较好。     

两种质量状态下42CrMoA材料疲劳特性研究

本文对两种４２ＣｒＭｏＡ钢低倍点状偏低材料进行了常温等幅低周疲劳与准高周疲劳试验研究,研究表明,两种点状偏状状态的４２ＣｒＭｏＡ钢均具有循环软化特性;２．５级点状偏析提高了材料的单调与循环应力响应,当△ε／２〈１．１７％时,２．５级点偏析给４２ＣｒＭｏＡ材料带来了疲劳安全性,这种安全性随应变幅值的减小而趋增大,在吉疲劳范围,安全储备高达２－３倍,本文基于应力型和应变型疲劳曲线预测能力分析,提出了两     

循环荷载下岩石变形参数和阻尼参数探讨

 对取自一拟建核电站地基的细砂岩,在MTS815 Flex Test GT岩石力学试验系统上进行低周循环荷载试验,研究循环荷载下细砂岩的纵横向变形特征,探讨循环荷载周次及动应力幅值对细砂岩动弹性模量、动泊松比、阻尼比和阻尼系数的影响,及与其相互关系。结果表明,相同应力下纵向应变高于横向应变;低幅值应力下,随循环荷载周次增加,纵向应变增量高于横向应变增量,但高幅值应力下则相反;横向应变滞回环的卸载阶段应力–应变曲线与纵向应变滞回环的加载段和卸载段均表现出向下突出的变化特征,但横向应变滞回环的加载段则相反;随动应力幅值增加,细砂岩动弹性模量和动泊松比分别呈抛物线递增和线性递增,阻尼比和阻尼系数均按幂函数律递减,由第16周次动应力滞回环得到的阻尼参数可表征测试岩石的阻尼特征;阻尼比和阻尼系数均随循环荷载周次增加线性递增,对应低幅值动应力下的增量大于高幅值动应力下的增量。     

循环荷载作用下锈蚀钢材滞回性能与本构模型

为研究循环荷载作用下锈蚀钢材的滞回性能,采用人工加速腐蚀及自然暴露腐蚀的方法获取了17组锈蚀试件,并对其开展单调拉伸及循环加载试验,分析了单调拉伸曲线、滞回曲线和骨架曲线等的差异性,得到了锈蚀钢材单调拉伸与滞回性能退化规律,基于混合强化模型提出了材料参数随腐蚀程度、等效塑性应变的退化表达式,进而建立了锈蚀钢材塑性本构模型。研究结果表明：单调拉伸作用下,锈蚀导致钢材屈服平台缩短、抗拉强度和断裂伸长率降低;锈蚀钢材单调曲线和滞回曲线存在显著差别,锈蚀加剧钢材循环强化,循环损伤累积则进一步加剧锈蚀钢材延性退化,造成峰值点应变、断裂应变和滞回耗能大幅降低,但对抗拉强度的影响较小。通过锈蚀钢材塑性本构模型应力 应变模拟曲线与试验曲线的对比,验证了所提模型的可靠性。     

循环荷载作用下SN490B钢材本构关系试验研究

为对比结构消(耗)能元件芯材SN490B在单调和循环荷载作用下的本构关系,研究其在循环荷载作用下的力学特性,对20个SN490B钢材试件分别进行单调加载和16种加载制度下的循环加载试验,并对3种试件断口进行断口电镜扫描试验,分析SN490B钢材的单调性能、滞回性能和破坏形态,并采用Ramberg-Osgood模型拟合钢材的循环骨架曲线。试验结果表明：SN490B材料自身延性好,循环加载导致的材料累积损伤使其延性变差;循环荷载作用下,材料出现包辛格效应、循环硬化等现象,各滞回曲线均稳定饱满,具有较好的滞回性能;试件试验段伴随明显塑性变形而形成断口,断口微观为有微孔的波纹断裂表面,属延性破坏;应用Ramberg-Osgood模型拟合效果较好。SN490B钢材在循环荷载作用下的本构关系不同于单调荷载作用,采用单调荷载作用下材料的本构关系计算循环荷载作用下材料的反应不够准确。     

Experimental study on the constitutive relation of austenitic stainless steel S31608 under monotonic and cyclic loading

In order to study the constitutive relation of Chinese-made austenitic stainless steel S31608 (EN 1.4401, AISI 316) under monotonic and cyclic loading, different types of coupons were tested. Based on the Ramberg–Osgood model, modified by Gardner and Nethercot, parameters that described stress–strain relationship under monotonic loading were obtained. Comparison between data obtained using different types of coupons was made and the influences of welding and rolling directions were reviewed. Parameters of the hardening model of cyclic plasticity were calibrated from cyclic test data and the tests were simulated using ABAQUS finite element analysis software. The results show that stainless steel exhibits remarkable nonlinearity, and the stress–strain relationship may vary from different rolling directions. Under cyclic loading, with the increase of cyclic loops and change in strain amplitudes, stainless steel exhibits cyclic hardening behavior, and the simulated curves agree fairly well with the test curves. It is therefore recommended that the influences of welding and rolling directions on the stress–strain relationship should be taken into consideration and the constitutive relation under cyclic loading should be used if the component is subjected to cyclic loads.     

循环受压状态下钢纤维混凝土一维弹塑性损伤本构模型研究

设计制作36个钢纤维混凝土试件,通过单轴循环受压试验,研究钢纤维混凝土循环受压性能,分析钢纤维特征参数对其影响,在此基础上,参考《混凝土结构设计规范》（GB 50010―2010）,建立了钢纤维混凝土循环受压弹塑性损伤本构模型。结果表明：钢纤维混凝土试件在循环荷载下破坏特性呈现明显延性特征;钢纤维的掺入显著提高混凝土峰值强度,改善其延性及滞回能耗;钢纤维混凝土循环受压应力-应变曲线包络线与单调荷载下应力-应变曲线近似一致;相同卸载点应变时,混凝土累计塑性应变随钢纤维掺量增加而逐渐减小。该文提出的本构模型能较好地反映钢纤维混凝土在循环荷载下的应力-应变关系以及损伤演化过程,可为钢纤维混凝土的工程应用和相关规程的修订提供参考。     

Q460C高强度钢材焊缝连接循环加载试验研究

为研究高强度钢材Q460C焊缝连接在地震作用下的反应,对11个Q460C焊缝连接试件进行了8种不同加载制度的单调和循环加载试验,分析比较了不同加载制度下的应力-应变关系,研究其本构模型、力学性能、破坏模式、变形和延性特征以及损伤退化特性,并和母材的性能进行了对比。利用Ramberg-Osgood公式对其循环骨架曲线进行了拟合,确定了拟合计算式中的待定参数;通过试验标定了循环荷载作用下本构模型的参数,采用有限元程序ABAQUS利用混合模型对上述循环加载试验进行了较为准确的有限元模拟。研究结果表明：所有加载制度下试件最终均在焊缝和热影响区交界面拉断,这和焊缝连接处的应力集中有关;与母材单调拉伸性质相比,焊缝连接试件延性下降显著,说明焊接过程对钢材有严重影响,应采取措施避免破坏发生在焊缝区域。     

基于广义塑性理论的堆石料动力本构模型研究

分析了堆石料在等幅与不等幅应力循环荷载作用下的变形特性,以此为基础,确定了不同加载过程中堆石料的剪胀方程,加载方向,切线模量及塑性模量,建立了一个可以考虑堆石料循环加载特性的广义塑性本构模型.模型将所有的加卸载阶段都视为弹塑性过程,并在剪胀方程中引入老化函数来考虑体积应变积累对剪胀(缩)性的影响.模型共有12个参数,均可通过常规室内单调及循环加载试验确定.为验证模型的有效性,依据试验资料确定了两种不同堆石料的本构模型参数,并对等幅循环三轴压缩与不等幅循环三轴压缩试验进行了模拟.两种材料在不同围压下的模型预测结果与试验数据均吻合良好,表明模型可以有效地反映循环荷载作用下堆石料应力应变曲线的滞回特性与永久变形的积累.     

酸性大气环境下多龄期钢框架节点抗震性能试验研究

为研究酸性大气环境下钢材力学性能及钢框架节点抗震性能随锈蚀程度加剧的退化规律,分别对不同锈蚀程度的24个标准钢材材性试件、12个焊接梁柱节点试件进行了单向拉伸试验、低周往复加载试验。基于材性试验数据,建立了钢材屈服强度、抗拉强度、弹性模量和伸长率等基本力学性能指标与失重率之间的线性回归关系,分析了不同锈蚀率及加载制度对钢框架节点试件荷载-位移曲线、骨架曲线、刚度和承载力退化、变形能力、滞回耗能等的影响,获得锈蚀钢框架节点试件承载力、刚度以及耗能能力随锈蚀程度加剧的退化规律。研究结果表明：锈蚀对钢框架节点的破坏形态有着显著影响,随着锈蚀程度的增加,钢框架节点试件的耗能能力逐渐减小,加载后期的承载力急剧下降,而且脆性断裂现象表现得愈发明显;随着水平位移幅值及循环次数的增加,钢框架节点试件的塑性变形累积、刚度与承载力退化明显;在相同锈蚀程度下,试件在变幅加载下的耗能能力最大,混合加载下的次之,等幅加载下的最小。研究成果可为在役钢框架结构地震易损性研究提供试验支撑。