不锈钢母材及其焊缝金属材料单拉本构关系研究

为研究国产双相型S22053和奥氏体S30408不锈钢母材及其焊缝金属材料的单拉本构关系和破坏模式,对4组共12个材性试样进行了单向拉伸试验,并对其破坏截面进行了电镜扫描。基于试验曲线,利用修正的Ramberg-Osgood （R-O）模型对材料本构关系参数进行了拟合,进而对不锈钢母材和焊缝金属的单拉本构关系进行了对比分析。结果表明:不锈钢母材和焊缝金属材料均发生韧性破坏,其本构关系都表现出明显的非线性;焊缝金属材料的屈服强度和极限强度均高于不锈钢母材,而延性低于母材;修正的R-O模型与母材和焊缝金属材料试验曲线吻合良好;在焊缝连接承载力精确分析中,应考虑焊缝金属材料与母材本构关系的差异,分别使用相应的本构关系模型。     

单调加载下不锈钢结构梁柱栓焊混用节点承载性能分析

为了进一步探索研究国内S31608不锈钢材梁柱栓焊混用节点的承载性能及变形能力,该文采用有限元软件ABAQUS建立了6个非线性有限元模型,根据S31608不锈钢材及A4-80螺栓材料本构关系,采用高效精确的有限元模型对不锈钢材梁柱节点在单调加载下的受力性能进行模拟,分析了节点试件梁翼缘板沿梁长方向、焊接孔末端梁宽度方向和剪切板根部的应力分布状况。选取其中一个不锈钢结构梁柱栓焊节点在单调荷载作用下进行了试验验证,试验节点试件螺栓选用不锈钢A4-80螺栓,剪切板与腹板之间连接采用承压型连接开孔受力。试验和模拟结果显示梁柱栓焊节点最大承载力分别为251.6 kN和246.1 kN,最大位移分别为197.9 mm和196.1 mm,模拟结果与试验结果吻合度是较好的,而且模拟结果偏安全,可以在后期的参数分析中用此模型进行分析。试验结果也证明了之前循环试验结果的准确性。     

焊接工艺对不锈钢角焊缝连接试件力学性能影响研究

对12个奥氏体型及12个双相型不锈钢正面角焊缝和侧面角焊缝连接试件进行了单调拉伸试验,考察了不同焊接工艺对角焊缝连接力学性能的影响.结果表明:采用氩弧焊焊接工艺的不锈钢角焊缝试件破坏面与电弧焊焊接工艺的试件破坏面形状相差较大,后者破坏面更加光滑;同时由于受到复杂应力的作用,正面角焊缝试件的真实破坏角度并不为相关规范规定...     

基于微观机理的Q460钢材角焊缝搭接接头延性断裂研究

该文基于微观断裂力学的方法,针对Q460钢材角焊缝搭接接头的断裂行为进行了研究。分别通过对接焊缝试件的静力拉伸试验得到了焊缝材料的本构关系,11个开圆弧形平滑槽圆形截面拉伸试件标定了焊缝材料微孔扩张模型VGM和应力修正临界应变模型SMCS的断裂参量η、α,5个正面角焊缝搭接接头拉伸试验获得了焊接接头的荷载-变形曲线并进行了数值模拟。试验结果表明,E55-D2型焊材的角焊缝搭接接头拉伸破坏形式呈延性破坏。断裂参量结果分析表明,焊材的化学成分会导致焊缝金属断裂性能的差异。该文研究成果为焊缝材料建立了准确的数值模型,同时为高强度钢材焊缝的设计和焊接结构的破坏预测提供了一种有效的方法。     

不锈钢工字形截面轴心受压构件整体稳定性能有限元研究

该文采用通用有限元软件ANSYS对奥氏体和双相体两种不锈钢材料的不锈钢工字形截面轴心受压构件的整体稳定性能试验进行了数值模拟。在建立有限元模型的过程中考虑了材料的非线性本构模型、构件的初始几何缺陷、残余应力,并分别对工字形构件绕强轴失稳与绕弱轴失稳形式进行了分析。通过有限元模拟得到的极限承载力、试验测量的极限承载力以及规范计算的极限承载力进行对比可知:该文的有限元方法能够准确模拟不锈钢轴心受压构件的受力情况;同时,对于工字形构件,残余应力对绕弱轴失稳构件的稳定承载力的影响较大;此外,GB50017-2003不适用于不锈钢整体稳定性设计。     

钢结构角焊缝抗剪疲劳性能的试验研究

国内外学者对钢结构的焊缝连接在名义正应力荷载条件下的疲劳性能进行了广泛的研究,但是所见文献中对焊缝在名义剪切应力下的疲劳性能研究较少。为此,以Q345B钢材制作了原状处理的侧面和正面角焊缝连接的2组板材试件,采用高频疲劳试验机进行常温剪切疲劳试验,并进行数据拟合。试验结果发现:该文试验中的2类焊接试件的疲劳试验结果具有非常大的离散性。由中国钢结构规范GB 50017-2017得到的200万次下的疲劳强度值比侧面角焊缝试验拟合曲线计算得到的值小,两者曲线吻合较好;正面角焊缝试验所得疲劳强度高于各国规范;正面角焊缝接头抗剪切疲劳强度高于侧面角焊缝接头;正面角焊缝疲劳破坏形式为贯通焊缝裂纹,侧面角焊缝为焊趾向热影响区延伸裂纹。研究结果表明:现有中国规范评价侧面和正面角焊缝剪切性能都偏于安全,但是使用规范推荐的曲线评估侧面角焊缝剪切疲劳性能较为合适。     

不锈钢T形件螺栓连接承载性能试验研究

通过开展14组不锈钢T形件螺栓连接试件的单调拉伸试验,得到了各试件的极限承载力、破坏模式和撬力发展规律,分析翼缘厚度、翼缘材料、螺栓直径和螺栓预拉力等因素对不锈钢T形件承载性能的影响。结果表明:螺栓预拉力对试件的极限承载力没有明显影响,但会提高试件的初始刚度; T形件的破坏模式取决于翼缘和螺栓的相对关系,与螺栓预拉力无明显关系;撬力值随着翼缘厚度和螺栓直径的减小而增大,但极限承载力对应的撬力值与螺栓预拉力无关。将试验结果与现行欧洲、美国和中国规范的计算结果进行比较,表明现行国内外规范的相关计算公式均较保守,其中美国规范由于翼缘采用极限抗拉强度,计算结果与试验值最为接近。     

不锈钢焊接箱形截面压弯构件弯曲屈曲试验研究

为了研究不锈钢焊接箱形截面压弯构件的弯曲屈曲,该文对5根奥氏体型和5根双相型不锈钢焊接箱形截面柱进行了偏心受压试验,试件长细比在55~85,荷载偏心距分别设计为50 mm、60 mm、70 mm,并且在试验前对试件的初始弯曲和荷载初偏心进行了测量。根据试验结果对构件静力承载性能进行了分析,并将试验结果分别与CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》和欧洲规范EN 1993-1-4中不锈钢压弯构件承载力的计算值进行了对比。结果表明:所有构件均发生平面内的整体弯曲失稳,且整体失稳前没有发现明显的局部板件屈曲;构件承载力随着偏心距、长细比的增大而降低;对于双相型不锈钢压弯构件,依据CECS 410:2015和EN 1993-1-4的计算值较试验结果均偏于安全;对于奥氏体型不锈钢压弯构件,依据EN 1993-1-4的计算值较试验结果均偏于安全,依据CECS 410:2015的个别试件计算结果略低于试验结果,但整体偏于安全。     

双相型不锈钢S22053循环本构关系研究

为研究国产双相型不锈钢S22053在循环荷载下材料的力学性能和本构关系,该文采用S22053热轧钢板加工成母材试件,进行单调和循环加载试验,得到14种加载制度下的应力-应变曲线。基于单调加载试验曲线,分析了单调荷载下的材料性能;利用等应变幅加载试验曲线拟合了Chaboche混合强化参数,并用有限元软件ABAQUS对试验进行模拟计算,对比、验证了拟合效果。结果表明:双相型不锈钢S22053延性较好,没有明显的屈服平台和屈服点,比例极限较低;循环骨架曲线可以采用Ramberg-Osgood模型进行拟合;采用不同分量模型标定的3组混合强化参数均能较好的模拟材料的循环受力特征,其中三背应力分量模型(N2L1)拟合效果最好。研究结果可用于分析计算双相型不锈钢结构在地震作用下的受力性能。     

栓焊混接接头受拉承载性能及设计方法研究

为深入分析摩擦型高强螺栓和焊缝并用连接节点的传力机理,研究其受拉承载性能。首先,建立栓焊并用连接节点的有限元模型,计算得出连接节点的荷载-位移全过程曲线与应力分布情况进行分析。通过典型试验的结果验证了有限元模型的可靠性;并用连接节点的位移-荷载曲线大致可划分为线性阶段、线性强化阶段和屈服阶段三部分;焊缝和螺栓的强度比值决定了节点的破坏模式以及荷载-位移曲线的各个阶段长短;考虑到最后破坏模式的差异,在并用连接节点的承载力计算公式中考虑栓焊强度比值的影响,提出栓焊混接接头受拉承载性能设计方法。研究结果为钢结构摩擦型高强螺栓和焊缝并用连接节点的设计提供参考。     

Evaluation of variation of tensile strength across 316LN stainless steel weld joint using automated ball indentation technique

Tensile strength variation across 316LN stainless steel fusion welded joint comprising of base metal, deposited weld metal and heat affected zone (HAZ) has been evaluated by Automated Ball Indentation (ABI) technique. Automated Ball Indentation tests were conducted on the various zones of the steel weld joint at 300, 523 and 923?K. The flow curves obtained from ABI results were consistent with corresponding conventional uniaxial tensile test results. The HAZ exhibited higher tensile strength than the other regions of the steel weld joint at all investigated temperatures. The ratio of ultimate tensile strength to yield stress (YS), which represents the work hardening behaviour, increased with an increase in temperature for the base metal and HAZ; whereas it remained nearly the same for the weld metal.     

A572 Gr.50厚板对接焊缝断裂性能研究

A572 Gr.50厚板常用于锅炉钢结构大板梁的加工制作,其对接焊缝易存在焊接裂纹缺陷。为评定含缺陷的锅炉钢结构大板梁的安全性,通过焊接接头模拟制作实际大板梁下翼缘的A572 Gr.50厚板对接焊缝,分别对其母材、焊缝金属及热影响区材料进行了系列单轴静力拉伸试验、冲击韧性试验和直三点弯曲断裂韧度试验,并结合有限元分析对A572 Gr.50厚板对接焊缝存在裂纹缺陷时的断裂性能进行了研究。研究结果表明:厚板对接焊缝母材、焊缝和热影响区材料基本力学性能均能满足规范要求,均具有良好的塑性变形能力;随温度的降低,母材、热影响区及焊缝处的夏比冲击功减少,但均具有良好的冲击韧性;比较而言,母材的抗低温冷脆性能最好,焊缝最差;母材、焊缝和热影响区3个区域中焊缝的断裂韧度最差;厚板对接焊缝接头的焊缝区是大板梁焊接缺陷安全性评估的重点控制区域;基于断裂力学,可以运用有限元软件方便的对带裂缝的工作状态下工作的钢结构构件的断裂性能进行分析,保证其安全性。     

Q550D高强钢焊接节点疲劳强度试验研究

试验研究了国产Q550D高强度结构钢、焊缝的基本力学性能以及横向对接焊缝和非承载横向角焊缝连接件的疲劳性能。介绍了试件的加工方法、焊接工艺、疲劳试验及其数据处理方法,将疲劳试验结果与国内外钢结构设计规范以及他人的研究结果进行了分析对比。研究表明：Q550D高强钢母材及其焊缝具有优良的延伸率和低温冲击韧性,余高磨平的钢板对接焊缝和横向角焊缝连接件的疲劳强度都分别显著地高于国内外钢结构设计规范关于普通强度钢材相应焊接节点的疲劳强度,200万次疲劳强度分别提高了72%~125%和27%~68%。钢板对接焊缝的余高磨平可改善因焊缝的几何形状和缺陷引起的应力集中程度,比原状焊缝具有好的疲劳性能。无论余高磨平或未磨平的钢板对接焊缝,还是横向角焊缝连接件,它们都具有随高强钢屈服强度的增加而疲劳强度提高的趋势。分别提出了Q550高强钢钢余高磨平的钢板对接焊缝和横向角焊缝连接件的S-N曲线,可供抗疲劳设计参考。     

不同焊接节点构造形式钢框架整体抗震性能分析

为系统全面地对比不同构造形式对于焊接节点钢框架抗震性能的影响,该文采用通用有限元软件ABAQUS,建立多尺度钢框架非线性有限元模型,应用国内外典型试验结果,验证了精细模型和多尺度有限元模型的准确性和等效性。通过建立9种不同节点构造形式的钢框架多尺度模型,进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,与标准型节点框架在结构变形、基底剪力、塑性耗能、断裂倾向指数等方面进行对比分析,深入探讨不同节点构造形式对钢框架抗震性能的影响,为工程应用提供参考依据。分析结果表明:只要设计合理,局部构造差异对于结构变形的影响不大,不会引起刚度的突变进而对结构造成不利的影响;对于局部加强节点框架,没有造成基底剪力的增加(少数增加最大为6%),降低了结构的地震响应,这对于结构抵抗地震荷载起到有利作用;改变节点构造可以显著地改善节点焊接接头处的断裂倾向,减缓节点焊接处的应力集中现象,使得破坏发生在母材而不是焊缝处,进而发生延性破坏避免脆性破坏。     

基于微观机理的梁柱节点焊接细节断裂分析

为预测钢结构焊接节点在地震作用下的延性断裂,开展了微观机理断裂模型的标定和验证工作。空穴扩张模型VGM和应力修正临界应变模型SMCS,将延性断裂的微观机理(空穴形核、扩张和聚合)与宏观的应力-应变场结合了起来。利用已有的缺口圆棒拉伸试验,辅以有限元分析,标定了Q345钢材母材、焊缝和热影响区3种材料的VGM和SMCS模型参数。进行了7个梁柱节点局部焊接试件的拉伸试验,测得了试件的断裂伸长量。建立了试件的精细实体有限元模型,分别采用断裂力学J积分方法和VGM、SMCS模型预测试件的断裂伸长量,并与试验结果进行比较。结果表明,VGM和SMCS模型预测焊接节点延性启裂的准确性较好,而J积分方法过于保守。该文为钢结构焊接节点的延性断裂预测提供了一种仅依赖于材料属性的普适性方法。     

Experimental and numerical assessment of mechanical properties of welded tubes for hydroforming

The identification of welded tubes properties considering the weld bead and Heat Affected Zone (HAZ) is important for reliable and accurate finite element simulation of tubular plastic forming processes such as tube hydroforming and rotary draw bending processes. Therefore, a simplified method is proposed to extract the weld bead and HAZ properties. Full size standard tensile specimens cut from the welded tube and comprising the weld parallel to the load direction are extended to failure. Mechanical properties obtained from uniaxial tensile test are correlated with the microhardness data measured across the welded specimen and by using the rule of mixtures; the constitutive model parameters of weld bead and HAZ regions are identified. Accuracy of the proposed method is assessed by comparing finite element simulation predictions to experimental measurements obtained from two mechanical tests: the first one is the uniaxial tensile test performed on specimens comprising the weld line perpendicular to the loading direction and the second test is the free bulge hydroforming test achieved on seamed tubular samples. This investigation has shown that the presented method is practical in use and sufficiently accurate to extract the weld metal properties of seamed tubes.     

强动载荷下焊接钢板力学性能及本构模型研究

为研究强动载荷下船用焊接钢板的力学性能。开展了典型船用焊接钢板母材、焊缝和热影响区的准静态拉伸试验、高温拉伸试验及SHPB动态压缩试验,分析了焊接钢板材料在不同应力状态下的力学行为,基于力学性能试验结果拟合了焊接钢板母材、焊缝和热影响区材料的本构模型。结果表明:准静态条件下,与母材相比,焊缝和热影响区材料的屈服强度与抗拉强度偏大,延伸率偏小;高应变率下,热影响区材料抵抗塑性变形的能力明显强于其他两种材料,且随着应变率的增加抵抗塑性变形的能力呈增强趋势;焊接板母材、焊缝与热影响区材料均表现出应变率效应和温度效应;热影响区是焊接板抗冲击性能相对薄弱的区域。建立的Johnson-Cook模型可以描述强动载荷下焊接钢板的力学性能。     

模拟酸雨腐蚀钢管混凝土构件静力性能研究

该文讨论了模拟酸雨腐蚀环境下钢管混凝土构件静力性能的退化规律,具体包括模拟酸雨腐蚀后:钢材材料力学性能;钢管混凝土构件轴压力学性能;钢管混凝土构件纯弯力学性能;钢管混凝土构件偏压力学性能。分析了腐蚀率对钢材屈服强度、弹性模量、极限抗拉强度和极限延伸率的影响,采用钢管壁厚折减以及壁厚折减耦合材性折减的模拟腐蚀损伤方法,结合有限元ABAQUS软件、规范公式,分别计算了构件荷载-变形关系曲线、极限承载力,并和试验结果进行了比较,发现钢管壁厚折减方法优于壁厚折减耦合材性折减方法,地方标准严于国家标准。