损伤对低合金钢缺口试样解理断裂韧性的影响

对一种低合金钢的缺口试样在常温下进行了不同预加载荷的四点正、反弯曲实验,以在缺口前引入不同的微孔洞损伤量,然后通过高温回火消除残余应力和加工硬化。在-196℃低温下进行弯曲断裂实验,通过力学参数的测量和微观观察就损伤对缺口试样解理断裂韧性的影响进行了实验研究。发现,当预载荷比F0/Fgy<1.1时,预载荷对缺口解理断裂韧性基本无影响,其原因是在缺口前未产生微孔洞损伤。当F0/Fgy>1.1后,缺口解理断裂韧性随F0/Fgy的增加而迅速下降,其原因是缺口前的微孔洞损伤引起的局部高应力应变集中促使解理起裂发生在低载荷下。     

几种实用的断裂试验方法

为克服标准断裂试验方法测定中，低强度材料KIC值的困难，若干实用性断裂试验方法被提出，介绍了几种比较实用的试验方法，这种方法具有简便，经济的显著特点，在理化检验中有很大的应用价值。     

用三点弯曲试样测定LD10铝合金断裂韧度JIC

用三点弯曲多试样方法对贮箱板材LD10铝合金及其焊件的断裂韧度JIC进行了试验和研究,得到了LD10铝合金及其焊件的断裂韧度JIC的规律,从而为装备的安全可靠性的判定标准提供依据。     

Weibull应力方法预测低合金钢的韧脆转化曲线

采用三参数的Weibull分布描述断裂韧度的统计规律。结合ASTM E1921-05标准,详细讨论了标准断裂试样韧脆转化曲线的建立过程;为了将标准断裂试样的测试结果用于低约束断裂试样,采用两参数的Weibull分布描述裂纹尖端局部区域的应力状态与失效概率之间的关系,并用Weibull应力将各种不同约束水平的裂纹尖端应力场联系起来,得到了预测低约束断裂试样韧脆转化曲线的公式。然后对两种A533B钢三点弯曲断裂试样进行了实例计算,进一步分析了Weibull应力的有限元计算结果,根据这些结果预测的韧脆转化曲线与试验数据相比非常吻合,证明了该文提出的方法是有效的。     

考虑骨料尺寸的混凝土岩石边界效应断裂模型

该文比较了边界效应模型（BEM）和尺寸效应模型（SEM）在研究材料断裂性能方面的不同。提出了由处于准脆性断裂状态的三点弯曲试件的峰值荷载P_max,同时确定材料参数--断裂韧度K_IC与拉伸强度f_t的理论与方法。由于实验室条件下混凝土试件高度W与骨料最大粒径d_max的比例W/d_max约为5~20,试件的非均质性明显,破坏为准脆性断裂控制。因此,区别于以连续介质力学为基础的应用于准脆性断裂研究的力学模型,该文研究将骨料最大粒径d_max引入相应的断裂模型解析表达式中,由参数组合β d_max来计算结构峰值状态对应的裂缝扩展量,通过离散参数β的不同取值,实现了对材料参数--断裂韧度与拉伸强度的准确预测。基于不同学者的相同尺寸W而不同初始裂缝长度a₀,以及相同初始缝高比a₀/W而不同尺寸W的几何相似的砂浆、混凝土及岩石类材料试件的试验成果（骨料最大粒径d_max从1.2 mm~40 mm变化）,验证了所提理论与方法的合理性。     

基于虚拟裂缝模型的混凝土等效断裂韧度

本文采用虚拟裂缝模型,将临界裂缝尖端张开位移CTODc作为控制参数,利用三点弯曲梁试件通过迭代求得了混凝土裂缝亚临界扩展量的临界值△a_c,据此求得了混凝土起裂断裂韧度K_Icⁱⁿⁱ、等效断裂韧度K_Ic^un值。计算结果表明,随着试件尺寸的增大,△a_c增大,但K_Icⁱⁿⁱ、K_Ic^un值却是与试件尺寸无关的断裂参数。这表明线弹性断裂韧度准则可应用于混凝土结构的裂缝评定。     

用变裂缝单一尺寸试样确定大理岩的断裂韧度

采用具有不同长度裂缝单一尺寸的中心圆孔平台圆盘试件,测定了大理岩的断裂韧度。基于Bazant的尺度律理论,根据有限元分析的结果拟合得到了无量纲能量释放率g(α0)的函数表达式,当无量纲裂缝长度α0=a0/R在0.28~0.51的范围时,与试件形状有关的函数g′(α0)/g(α0)的变化范围为1.0～5.8,能够满足Bazant尺度律公式中对脆性数β范围的需求。由试验结果得到了与试件尺寸无关的断裂韧度的真实值KImc和断裂过程区长度cf。用该方法确定岩石的断裂韧度,能够避免使用较大尺寸的试件,以及为得到足够大的β值范围而使用两种或两种以上试件的准备和试验带来的困难。     

氧化锆陶瓷气泡缺陷对其断裂韧度的影响

为研究氧化钇稳定氧化锆陶瓷(Y-TZP)气泡缺陷在烧结前后的遗传性及气泡缺陷对材料断裂韧度的影响,采用X射线显微镜对3mol%氧化钇稳定四方多晶氧化锆陶瓷(3Y-TZP)烧结前后的气泡缺陷进行观测,得到缺陷变化规律,然后分别测试了天然缺陷和人为引入体缺陷状态下,不同氧化钇掺量的3Y-TZP、4YTZP、5Y-TZP陶瓷的弯曲强度,并计算威布尔模量和断裂韧度,在SEM下观察各组的破坏模式。研究结果表明：烧结作用可修复氧化锆陶瓷的气泡缺陷,修复率约为74.12%,当直径小于10μm时,修复率高达97.22%,当直径大于40μm时,修复率仅为20%,烧结后80%以上的气泡缺陷直径不超过20μm;氧化锆陶瓷的弯曲强度随氧化钇掺量的增加而降低,引入体缺陷显著降低了氧化锆陶瓷的弯曲强度,其中4Y-TZP陶瓷稳定性最佳,强度仅降低8.64%,5Y-TZP陶瓷对缺陷最敏感,强度降低22.58%;断裂韧度随氧化钇掺量的增加而降低,引入体缺陷的深度(a)和半宽度(c)会影响氧化锆陶瓷的断裂韧度,断裂韧度随a/c的增大,先增大后减小,在a/c≈1.5时达到峰值。     

基于拉伸试验的低合金钢韧性表征参量分析

对700组低合金钢材料的拉伸试验和冲击试验数据进行了统计分析,结果表明,拉伸试验确定的强度和塑性参量与冲击韧性间存在一定的相关性,在该统计分析结果基础上提出了基于拉伸试验的韧性表征参量——强度比SR=R_m/R_(p0.2_·(1-Z);低合金钢的冲击韧性和强度比满足统计关系:KV_2=-83.413 67+61.471 08·Rm/R_(p0.2)·(1-Z)或KV_2=-221.538 54+286.857 87·ln/RmRp0.2·(1-Z)。     

建筑结构钢超低周疲劳断裂破坏的损伤预测模型

针对地震作用下建筑结构钢的超低周疲劳断裂问题,在单调加载损伤模型的基础上,提出了一种适用于超低周循环加载情况下的损伤预测模型,并借助ABAQUS软件的用户自定义材料子程序模块,将建立的损伤预测模型引入到有限元分析程序中。然后分别依据建筑钢结构母材、热影响区和焊缝金属缺口试样的单调加载和超低周循环加载试验,标定了材料的损伤模型参数,并对比分析了缺口圆棒试样在不同加载方式下的损伤演化规律,损伤分析结果表明缺口圆棒试样的裂纹都产生于试样截面中心处,这与试验结果一致。最后,以钢框架梁柱焊接节点为研究对象,应用损伤模型分析了节点危险部位的损伤演化规律,数值模拟了节点的超低周疲劳断裂破坏过程,最终得到节点的疲劳寿命与试验结果吻合良好。     

高强度结构钢材单调荷载作用下的本构模型研究

钢材在单调荷载作用下的本构模型是进行结构分析的基础。为了更为准确地计算高强钢结构响应和分析构件的受力性能,为工程设计人员应用高强钢提供参考,该文在总结已有试验研究、开展大量拉伸试验的基础上,更新了高强钢多折线本构模型的参数,以Ramberg-Osgood模型为基础标定了适用于高强钢的非线性本构模型。通过和试验数据的对比,证明非线性本构模型能够很好地模拟高强钢在单调荷载作用下的应力-应变关系。为了兼顾准确性和效率,该文还提出了修正的多折线本构模型,在反映高强钢非线性的材料性能的同时本构模型也相对简单。     

高强箍筋高强混凝土柱抗震性能研究

为研究高强箍筋高强混凝土柱的抗震性能,首先进行了6根配置高强箍筋的高强混凝土柱和3个普通强度混凝土柱(作为对比)抗震拟静力试验,并对其破坏形态、滞回曲线、延性及耗能指标以及抗剪强度等进行了对比分析。结果表明:高强混凝土试件与普通混凝土试件破坏过程相似,均呈弯剪破坏形态,采用高强混凝土可有效降低试件轴压比,对其延性和耗能能力有利。将国内外进行的高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力试验结果与美国ACI318规范、我国混凝土结构设计规范(GB50010-2002)的抗剪公式进行了对比,认为ACI规范及我国规范在计算高强箍筋高强混凝土柱抗剪承载力时均有不安全因素,宜在设计时注意。采用Mander建议的约束混凝土本构关系和纤维单元程序USC_RC仍可以对高强箍筋高强混凝土柱的受弯承载力进行较为准确的模拟分析。     

半刚性连接钢框架二阶弹塑性稳定分析的QR法

基于QR法研究半刚性连接钢框架的稳定性,采用梁两端附带零长度转动弹簧的通用半刚性连接梁单元,通过转动弹簧和Kishi-Chen三参数模型来模拟梁柱半刚性连接的非线性力学性能,考虑二阶效应的影响,采用塑性铰模型及修正的Newton-Raphson迭代法,建立了平面钢框架二阶弹塑性稳定分析的QR法计算格式和步骤,并设计了相应的C++源程序,最后通过典型算例分析了半刚性连接钢框架的稳定性能,表明了该算法的优越性。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压本构关系研究

约束混凝土是克服高强混凝土脆性的重要措施,采用高强箍筋约束能够有效的改善受压构件的力学性能。同时,约束混凝土的本构关系是结构非线性分析的基础,本构关系的选取对计算结果的合理性有显著影响。该文基于多组高强箍筋约束高强混凝土轴压试验数据,提出了改进的约束混凝土本构模型,分析了高强箍筋应力的发挥水平,给出了约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式。计算结果表明建议的本构模型与试验曲线符合较好。该模型可用于高强箍筋约束混凝土构件的非线性分析。     

地震作用下冷弯薄壁型钢结构房屋弹塑性位移简化计算研究

针对地震作用下冷弯薄壁型钢结构房屋弹塑性位移的简化计算,基于层间剪切模型和冷弯薄壁型钢组合墙体的恢复力模型,对2层~7层冷弯薄壁型钢结构房屋进行弹塑性时程分析。通过对滞回耗能沿楼层高度分布规律的研究,确定了冷弯薄壁型钢结构房屋薄弱楼层的位置;研究了楼层屈服剪力系数、楼层数、结构自振周期和不同地震记录对弹塑性层间位移增大系数的影响;通过大量参数统计分析,提出了冷弯薄壁型钢结构房屋弹塑性层间位移增大系数与楼层屈服剪力系数和楼层数的定量关系,为罕遇地震作用下冷弯薄壁型钢结构房屋弹塑性位移验算提供依据。     

基于微观断裂机理的高强钢框架梁柱节点抗震性能有限元分析

梁柱节点在地震作用下的抗断性能直接影响钢框架结构体系的抗震性能,关系到能否实现强节点、弱构件的设计原则。为深入研究高强钢框架梁柱节点在低周往复荷载下的抗断裂性能,该文采用考虑累积损伤作用的循环微孔扩张模型CVGM模拟开裂,并通过有限元软件ABAQUS建立梁柱节点的精细化三维有限元模型,利用用户子程序USDFLD将CVGM嵌入节点的有限元模型中。利用该模型模拟计算了21个不同构造形式、不同钢材强度等级的梁柱节点试件的抗震性能,得到的节点荷载—变形滞回曲线、承载力、断裂循环次数等均与试验实测结果吻合良好,表明CVGM对预测低周循环荷载下梁柱节点超低周疲劳断裂具有较好的准确性,且适用于不同的循环荷载工况和钢材强度等级。该文的研究工作为高强钢框架梁柱节点的抗震性能评估和防断设计提供了计算手段和基础条件。     

型钢高强混凝土短柱的抗剪机理与抗剪承载力

通过若干个型钢高强混凝土短柱的低周反复加载试验,对轴力和水平剪力共同作用下型钢高强混凝土短柱的受力性能进行了研究。由粘贴在箍筋和型钢表面的应变片和应变花,测到了柱中箍筋的应力-应变、型钢的剪应力-剪应变在不同受荷阶段的发展变化状况,分析了箍筋、型钢腹板以及混凝土在构件中的抗剪作用以及轴力在型钢与混凝土之间的分配关系,揭示了型钢高强混凝土短柱的抗剪机理,提出了型钢高强混凝土短柱不同破坏形态下的抗剪承载力计算公式,公式的计算结果与试验结果符合较好。     

LZ50钢断裂韧度的合理统计模型

试验研究了LZ50车轴钢的断裂韧度的合理统计模型.结果表明,LZ50钢是一种偏脆性的材料,应当严格控制铁道车辆车轴的制造表面质量.同时证实了现有正态分布模型不能合理描述试验数据.为此,通过比较三参数Weibull、两参数Weibull、正态、对数正态、极小值和极大值6种常用统计分布对试验数据的拟合优度、数理一致性和尾部安全性,说明了极小值分布是良好统计模型.建立了断裂韧度的极小值概率测定方法,测定了典型存活概率和置信度下的材料断裂韧度值.     

约束混凝土单轴弹塑性损伤本构模型

该文通过采用混凝土三维弹塑性损伤模型和弧长法分析了钢筋混凝土单轴压缩过程中箍筋对混凝土的约束作用,得到了约束混凝土单轴抗压强度和延性增大系数。基于连续介质损伤力学的基本框架,引入约束混凝土强度和延性增大系数,建立了混凝土单轴弹塑性损伤本构模型。验证表明：该文模型符合热动力基本方程,可较好地反映约束混凝土强度和延性增大、强度软化、刚度退化、塑性变形、裂面效应、等力学特性;模型参数与中国现行《混凝土结构设计规范》推荐的模型完全相同,易于工程应用。将该文模型与纤维束形式的Timoshenko梁单元相结合,在自主研发的结构非线性分析软件SAUSAGE中完成开发实现。利用SAUSAGE完成了某钢筋混凝土框架结构的大震动力非线性分析,结果表明：箍筋约束作用可以有效抑制梁、柱构件的非线性发展,影响了结构最大层间位移角和最大层间剪力等宏观指标。