AQ315钢材单调与循环加载试验研究

对新型抗震结构用钢AQ315进行单调拉伸和循环加载试验研究,分析其各项力学性能及相应破坏形态,并利用Ramberg-Osgood模型对循环荷载下的骨架曲线进行拟合。根据试验数据标定基于Chaboche模型的混合强化参数,通过有限元软件ABAQUS对循环加载试验进行数值模拟。结果表明：AQ315钢材屈服强度平均值为290MPa,抗拉强度平均值为450MPa,断后伸长率平均值高达35.6%;循环荷载作用下,AQ315钢材表现出明显的循环强化特征;Ramberg-Osgood模型能较准确地拟合出AQ315钢材在循环荷载下的骨架曲线;利用标定的强化参数模拟出的结果和试验曲线吻合程度较好。     

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.     

循环荷载作用下高强铝合金本构关系试验研究

为研究高强铝合金结构在地震作用下的响应、建立循环荷载作用下高强铝合金的本构关系,对17个7A04高强铝合金试件进行了单调拉伸和多种循环加载制度下的试验。分析了材料的单调性能、滞回性能、宏观破坏形态与电镜下的微观破坏形态。采用Ramberg-Osgood模型拟合了材料的循环骨架曲线,并与单调拉伸曲线做出了对比。试验结果表明：7A04高强铝合金延性较差,破坏突然、断面与拉应力方向成45度|循环荷载下表现出典型的循环硬化现象,在压应变达到1%后,其刚度和强度发生退化|材料在滞回中表现出了混合强化的特征,既包含各项同性强化又包含了随动强化。该高强铝合金在循环荷载作用下的本构关系与单调荷载作用下的本构关系存在较大区别,不能将单调荷载下的本构关系用于循环本构关系中。本文为准确计算高强铝合金结构在地震作用下的响应提供了重要基础与依据。     

不同复合比下不锈钢复合钢材循环本构模型研究#br#

为研究不同复合比下不锈钢复合钢材在地震循环往复荷载作用下的力学特性,开展23个3+3mm厚316L+Q235B不锈钢复合钢材试件的单调拉、压和15种不同循环加载制度下的试验。根据试验结果,分析该类复合钢材的单调性能、滞回性能以及宏观和微观破坏形态;基于Ramberg-Osgood三参数模型拟合循环骨架曲线,并讨论其与单调荷载下的力学性能区别;基于Chaboche模型标定该不锈钢复合钢材的本构模型参数,并采用数值模型对其他循环加载制度下的力学响应进行模拟;最后与3+5mm厚316L+Q235B不锈钢复合钢材在循环骨架曲线、循环本构关系及滞回曲线方面进行对比,分析复合比的影响。试验结果与分析表明：该种复合比的不锈钢复合钢材在循环荷载下仍表现出明显的循环强化作用和混合强化（等向强化和随动强化）特征;滞回曲线饱满;随着循环周次的增加,卸载刚度和再加载曲线的初始刚度出现明显退化;Ramberg-Osgood模型可以较好地对其循环骨架曲线进行拟合;文章提出的循环本构模型能够准确模拟该复合比不锈钢复合钢材循环往复荷载作用下的力学响应;该复合钢材与3+5mm厚316L+Q235B不锈钢复合钢材在循环荷载下的具体力学指标存在明显区别。研究成果为提出双金属复合钢材的统一循环本构模型提供重要基础。     

火灾高温后6061-T6铝合金挤压型材残余力学性能研究

为评估火灾高温后6061-T6铝合金挤压型材的残余力学性能,设计加工了16个标准试件,通过静力拉伸试验和往复滞回试验,研究了过火温度、冷却方式、过火时间等因素对火灾高温后铝合金残余力学性能的影响规律.基于试验数据,得到如下结论:1)火灾高温后,材料弹性模量变化不大,但材料屈服强度、极限强度和断裂强度显著下降;2)过火温度和过火时间是影响强度的主要因素,冷却方式影响不大,温度越高、时间越长,强度下降越明显;3)采用Ramberg-Osgood模型,对火灾高温后材料的循环加载骨架曲线进行拟合,得到循环荷载下的应力-应变关系骨架曲线,为火灾高温后;铝合金结构的抗震性能和抗风性能评估提供了依据.     

铝合金芯板防屈曲耗能支撑滞回性能研究

为开发轻质高效的结构耗能阻尼器并将其应用于空间结构振动控制,利用国产铝合金作为防屈曲耗能支撑的核芯材料,并对研制的6个支撑试件进行了拟静力试验。按照稳定理论设计的试件在试验中未发生整体失稳,铝芯板与约束钢管间预留一定间隙并填充锂基润滑脂以消除套箍效应和减小界面摩擦。试验结果显示：支撑在受拉和受压时都能屈服而不屈曲,铝芯板应变强化现象明显,滞回曲线稳定饱满,有较高的耗能能力,其拉压峰值不均匀系数不超过1.3。基于Chaboche钢材循环塑性本构模型,通过试验数据对相关铝材模型参数进行了标定,并将其应用于防屈曲支撑的有限元分析,计算结果与试验曲线吻合良好,相关模型参数能够进一步应用于结构抗震弹塑性分析。     

低屈服点钢低周疲劳性能研究

近年来,低屈服点钢因其优越的耗能能力而广泛应用于结构抗震中。为了对国产低屈服点钢的低周疲劳性能进行研究,本文对牌号为LY100、LY160及LY225的低屈服点钢进行了大塑性变形下的低周疲劳试验,试验采用应变控制的等幅循环加载,分析了其破坏现象、循环应力响应特征、循环骨架曲线、滞回曲线特点等性能,并基于不同的模型对其低周疲劳寿命进行了预测。结果表明：国产低屈服点钢具有良好的抗低周疲劳能力;Ramberg-Osgood模型可以很好地拟合钢材循环应力-应变曲线;Manson-Coffin模型及Kuroda模型均可有效拟合低屈服点钢的低周疲劳寿命曲线,其中Manson-Coffin模型的拟合精度较好,而Kuroda模型更适用于大应变下疲劳寿命预测。     

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。     

结构消(耗)能元件芯材SN490B本构关系数值模拟

采用消(耗)能元件的结构在遭受地震作用时,元件芯材首先屈服进入塑性阶段,利用其滞回变形消耗地震输入能量,保护主体结构,元件芯材本构关系的数值模拟是对采用消(耗)能元件结构进行抗震分析与设计的基础。为更真实地模拟结构消(耗)能元件芯材在单调和循环荷载下的本构响应,更准确地对采用消(耗)能元件结构进行结构弹塑性地震响应分析,对常用作消(耗)能元件芯材的日本高延性钢材SN490B的单调、循环加载本构及循环骨架曲线进行了数值模拟,包括:采用Esmaeily-Xiao二次流塑性模型模拟材料在单调荷载作用下弹性段、屈服段、强化段和二次流塑段4个阶段;采用混合强化模型模拟材料循环荷载作用下的本构响应,运用大型通用有限元软件ABAQUS结合数值模拟参数对16种不同循环加载制度下的循环加载试验进行模拟,并与试验结果进行对比;采用Ramberg-Osgood模型、无量纲化的Ramberg-Osgood模型及两段式模型模拟循环骨架曲线。研究结果表明:所采用数学模型可以较好地模拟SN490B钢材单调、循环加载本构响应及循环骨架曲线,数值模拟与试验结果拟合较好。     

国际期刊导读

正1波纹剪力墙滞回性能研究的构件模型校准摘要:Tipping Mar结构工程设计公司与加利福尼亚大学伯克利分校联合研发出一种新型冷弯型钢波纹剪力墙抗震体系。需通过非线性动力分析量化建筑物的抗震性能,为减少计算量,利用循环支撑单元模拟剪力墙。给出了研发的模型并利用试验结果对其进行校准。由于缺乏单调试验结果,仅通过非线性静态分析估测单调加载的骨架曲线。通过遗传算法确定循环退化参数。建立的标准模型适用于各     

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。     

强度弱化导向的超高温热处理后Q345B钢材性能研究及其在防屈曲支撑中的应用

为研究超高温热处理技术对我国常用Q345B热轧钢材强度的影响规律,以及在减震设计中的应用,完成7个不同参数的超高温热处理及缓慢冷却后的钢材单向拉伸材性试验,研究了热处理极限温度以及冷却速率对于钢材强度及延性的影响。通过3个热处理前后钢材的循环荷载材性试验,得到钢材在循环荷载作用下强度和塑性发展规律,并拟合得到可应用于有限元分析的Chaboche循环本构模型。通过有限元分析了两种局部低强防屈曲支撑,以探讨该种超高温热处理技术在减震设计中的适用性。结果表明：Q345钢材在热处理后强度降低,其强度削弱程度随着热处理极限温度的升高和降温速率的减缓而增加;热处理后的钢材在循环荷载作用下屈服点及屈服平台消失,循环强化现象明显;所设计的2种局部低强防屈曲支撑在循环荷载作用下塑性发展主要发生在热处理段,且具有良好的耗能能力。     

Cyclic behavior of Q345GJ steel used in energy dissipation shear links

The cyclic behavior of Q345GJ steel was explored by strain cycle tests, stress cycle tests and uniaxial tension tests. The results of strain cycle tests confirmed that Q345GJ steel has no cyclic hardening, and it had rare strain amplitude effect or strain history effect. The stress cycle tests confirmed that the cumulative plastic strain goes up stably under eccentric stress with increasing loading loops. Thus, it can be concluded that the hardening characteristics of Q345GJ coincide with kinematic hardening, having almost no isotropic hardening. The superposition of four nonlinear kinematic hardening model based on Chaboche’s constitutive model was used to predict the hardening characteristics of Q345GJ steel, and the parameters of the constitutive model were calibrated based on the test results. The numerical validation of the constitutive model confirmed that the proposed parameters can give good simulation for strain cycle behavior and stress cycle behavior of Q345GJ steel.     

基于连续介质损伤力学的坑蚀钢筋高周疲劳寿命与损伤分析

以实测HRB400钢筋的疲劳损伤模型参数为基础,结合加速锈蚀钢筋蚀坑形貌和疲劳试验结果,通过二次开发在Abaqus平台上实现了坑蚀钢筋高周疲劳寿命预测和损伤过程分析.结果表明:坑蚀钢筋高周疲劳寿命预测结果与试验值吻合较好;坑蚀钢筋蚀坑处存在应力集中,疲劳损伤主要集中在蚀坑底部附近,疲劳前期和中期损伤发展缓慢,疲劳后期疲劳损伤迅速累积;坑蚀钢筋弹性模量随循环加载次数的增加而降低;坑蚀钢筋蚀坑底部的应力在疲劳后期迅速降至较低值,并向周边转移,应力重新分布.     

多轴循环塑性双界面本构模型研究

地震作用具有很大的随机性和不确定性,为准确描述结构在强震作用下的弹塑性反应,基于循环塑性理论框架,提出了改进的双界面本构模型,对屈服面及边界面的平移运动和变形演化方程进行改进,并通过在塑性应变空间中引入一个记忆面来考虑材料对应变加载历史的硬化记忆效应。模型参数均可通过单轴拉伸及单轴滞回试验曲线标定。研究结果表明：该模型能准确地预测多轴任意路径加载下多晶体金属材料的屈服平台段、Bauschinger效应、循环硬化、棘轮效应、记忆效应等行为;将预测结果与各类金属及合金材料的试验结果进行对比,二者的最大正应力、剪应力的预测误差分别在2%、4%以内,验证了模型的适用性,其可为精细化弹塑性分析提供理论依据。