钛-钢复合钢材力学性能及本构模型研究

为系统研究钛-钢复合钢材的力学性能,对2 mm~12 mm厚TA2+Q235B钛-钢复合钢材进行了系列试验研究,包括拉伸、剪切、粘结、弯曲、冲击韧性、硬度等试验,其中拉伸试件设计考虑了复合比的影响。基于试验结果,得到了该类钛-钢复合钢材的基本力学性能指标,并重点对其单调拉伸荷载下的力学性能进行了分析研究。试验结果表明:钛-钢复合钢材的应力-应变曲线特征及典型力学性能指标与复合比的大小直接相关;随着复合比的增大,屈服平台逐渐消失,弹性模量逐渐减小,屈服强度和断后伸长率逐渐升高,但抗拉强度的变化并不明显,这与钛TA2和Q235B低碳钢本身的力学性能有关。基于拉伸试验数据和有限元数值计算结果,提出了钛-钢复合钢材的力学指标计算方法,建立了其本构模型。此外,剪切和粘结试验得到的复合界面强度尽管较低,但对拉伸力学性能影响十分有限;同时,该类复合钢材的受弯和冲击性能良好,硬度结果呈现两侧高、中间界面层低的情况。研究结果可为钛-钢复合钢材在结构工程领域的研究和应用提供基础参考和材料本构模型,并有利于促进其工程应用。     

关于钢材力学性能试验试样断口厚向开裂的若干问题

针对钢铁产品力学性能试验试样(包括拉伸、弯曲、静压、冲击、落锤撕裂和断裂韧度试验试样)断口厚向开裂现象中涉及的试样断口厚向开裂的原因、试样断口分离/分层开裂如何界定,是否认定为欠缺/缺陷,船板静压大断口试验的合理性以及钢材的合乎使用性等若干问题进行了讨论分析,提出了一些新的观点和建议。     

脆性小试样弯曲试验方法的改进

弯曲试验主要用来检验材料在受弯曲负荷作用时的性能,用脆性材料制造的刀具和机器零件,在使用过程中都受到不同程度的弯曲负荷,对它们来说,弯曲试验具有特别重要的意义.此外,淬硬的工具钢、淬硬的轴承钢、硬质合金、铸铁等进行力学性能试验时,由于试样太硬、太小,难以加工成拉力试样;或者由于过脆,试验时试样中心轴线略有偏差就会严重影响试验结果的准确性.因此,抗弯试验也就成了考核脆性材料和工艺性能的一项重要指标.我公司对各种牌号的轴承钢、工具钢,待别是对各种不同的热处理工艺,经常地进行淬硬弯曲对比试验,通过弯曲试验进行选材和选择最佳热处理工艺,弯曲试样我们一般地制成10mm×10mm,长度     

国产低屈服点钢材循环加载试验研究

为研究不同荷载作用下国产低屈服点钢的材料力学行为,对LY100、LY160及LY225钢材共46个试件进行了单调拉伸试验及12种不同加载制度的循环加载试验。对国产低屈服点钢的单调性能、滞回性能、破坏形式、延性特征等进行了分析,并与其他结构钢材的力学性能进行了对比。结果表明,低屈服点钢在循环荷载作用下有明显循环强化现象,塑性变形能力强,且与普通钢材相比延性及耗能能力突出。该试验结果为后续研究低屈服点钢本构模型提供基础。     

金属材料试样制备与力学性能试验结果的相关性 第一讲 试样的取样部位及机加工与力学性能试验结果的相关性

介绍了金属材料试样制备与力学性能试验结果的相关性。对国家标准中关于力学性能试验试样取样和机加工的要求、力学试验取样和制样过程中需要注意的问题、机加工质量的检验等问题进行了讨论。结果表明金属材料试验试样的制备与力学性能试验的结果有着非常密切的相关性,由于这个原因,力学试验试样的取样和机加工必须严格按照国家标准的要求进行,机加工后必须检验加工质量,以保证力学试验结果的正确性。     

20SiMn2MoVA钢氢脆断口的分析及消除

针对20SiMn2MoVA高强钢拉伸试验中断面收缩率低的情况，利用扫描电镜和能谱仪等手段对拉伸试样断口进行了分析。试验结果表明，出现在20SiMn2MoVA高强钢拉伸试样断口表面上的圆形白亮斑点是一种氢致缺陷。它是在氢和拉伸应力共同作用下，在应变过程中形成的一种独特断裂面，也是引起钢材断面收缩率低的主要原因。通过采用低温去氢处理后，钢材的断面收缩率得到明显恢复，消除了氢脆断口。     

酸性大气环境下多龄期平面钢框架结构抗震性能试验研究

为研究酸性大气环境下锈蚀对钢材力学性能和平面钢框架结构抗震性能的影响,利用人工气候加速腐蚀试验技术对21组钢材材性试件和4榀平面钢框架结构进行加速腐蚀,并分别对其进行拉伸试验和拟静力试验。拟合拉伸试验数据,得到钢材力学性能（屈服强度、极限强度、伸长率和弹性模量）与失重率之间的线性回归关系;通过拟静力试验,分析了不同锈蚀程度对平面钢框架结构抗震性能（荷载-位移曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力等）的影响,得到不同锈蚀程度下平面钢框架结构抗震性能的衰退规律。结果表明,锈蚀对平面钢框架结构的抗震性能有着显著的影响,随着锈蚀程度的加剧,平面钢框架结构的极限承载力和耗能能力明显降低,强度和刚度退化严重,而且脆性破坏显著。     

钢拉杆受力性能试验研究

为了考察钢拉杆在不同受力条件下的力学性能，对10根GLG650钢拉杆试件分别进行单调受拉和低周往复拉压试验，得到钢拉杆的荷载-位移曲线、屈服承载力、最大承载力、极限承载力以及相应的变形和破坏形态。试验及分析结果表明：钢拉杆屈服强化阶段，荷载-位移曲线接近于直线；在往复拉压作用下，长细比较小的钢拉杆荷载-位移曲线出现循环软化现象。受拉屈服后，随着钢拉杆轴向变形加大，反向受压时其侧向挠曲变形随之增大，杆件中部在压弯作用下进入屈服。钢拉杆的断后伸长率约为3.4%～6.8%，远小于钢材试样的破断伸长率。钢拉杆破断多发生在加载端或固定端，受压弯累计塑性损伤的影响，长细比较小时杆件中部破断的情况增多。根据受力特征点确定的钢拉杆荷载-位移滞回规则，可供在往复荷载作用下弹塑性计算分析时应用。     

近海大气环境下锈蚀平面钢框架抗震性能试验研究及有限元分析

为研究近海大气环境下锈蚀钢框架结构的抗震性能,采用人工气候加速腐蚀技术对42件钢材材性试件和4榀平面钢框架进行加速腐蚀试验,然后对不同锈蚀程度的钢材材性试件进行拉伸破坏试验,获得锈蚀Q235B钢材力学性能指标（屈服强度、极限强度、伸长率和弹性模量）与其失重率的函数关系。并对4榀平面钢框架进行低周往复加载试验,研究了锈蚀对平面钢框架的破坏机制、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性及耗能能力等的影响。结果表明:4榀平面钢框架试件均发生了延性较好的破坏,呈现出混合屈服机制;但随着锈蚀程度的增加,试件承载力、耗能能力显著降低,强度和刚度退化明显,延性变差。在试验研究的基础上,利用通用软件ABAQUS对试验平面钢框架进行了非线性有限元分析,研究了轴压比对其力学性能的影响,结果表明:随着轴压比的增大,试件承载力、延性不断降低。     

高强度结构钢系列的疲劳裂纹扩展速率试验研究

为研究高强度结构钢的疲劳性能,对Q460C、Q550D、Q690D和Q960D四种国产高强钢母材进行了疲劳裂纹扩展速率试验。每种钢材均取3个10 mm厚的C(T)紧凑拉伸试样,在应力比R=0.1的条件下施加恒幅疲劳荷载,利用显微镜目测记录每个试样的裂纹扩展长度a和对应的循环次数N。对每个试样的试验结果,分别采用七点递增多项式法、Smith法和割线法进行处理,计算裂纹扩展速率和应力强度因子幅值数据组,得到对应于Paris公式中的参数,比较不同方法拟合结果的优劣性并分析原因。再将同种钢材三个试样的数据合成一组,同样采用三种方法计算,并与单试样数据的结果作对比。最后给出了四种钢材Pairs公式中的疲劳裂纹扩展速率参数,并与其他文献中各种结构钢疲劳裂纹扩展速率的参数值进行对比评价。研究表明该文高强度结构钢的疲劳裂纹扩展速率会随着强度的提高而降低,并且这四种高强钢的疲劳裂纹扩展速率都比BS7910中针对普通强度结构钢推荐的疲劳裂纹扩展速率要低。     

咨询与服务

《理化检验 -物理分册》编辑部 :我有两个问题向您们咨询。(1 )我厂拉伸试样一般用刨床、铣床或双面铣床加工 ,在加工面 ,特别是铣床或双面铣床加工时 ,未使用冷却剂 ,铁屑为红色。请问 ,这种加工方式留存在试样中的加工热有多少 ?对试样的力学性能是否有影响 ?(2 )根据国家标准 ,短比例拉伸试样的标距一般要修约到 5的倍数 ,对大批量试验来说 ,一般都希望使用多点标点计 ,此种标点计有的能刻划 5mm标点 ,但其精度较低。请问有什么变通方法 ?我们经过实际测量 ,发现按 1 0倍的修约方式对长标距基本没有影响 ,短标距试样不超过± 2 % ,短比例…     

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。     

高温后钢-混组合梁抗剪性能试验研究

为研究钢-混组合梁经历高温后的抗剪性能，以受热温度和冷却方式为试验参数，分别开展了普通混凝土、钢材高温后材料性能试验和钢-混组合梁高温后静力试验。对高温冷却后混凝土和钢材的基本力学性能进行了试验研究，并采用扫描电镜观察了高温后混凝土的微观结构；按“强弯弱剪”设计了7片钢-混组合梁，测定了升降温过程中截面温度场分布，开展了常温和经历高温冷却后组合梁加载破坏试验，对组合梁常温和高温后的极限承载力、跨中挠度和应变变化进行对比分析，研究了受热温度和冷却方式对组合梁受力性能的影响，并探讨了高温后组合梁极限抗剪承载力计算方法。结果表明：高温后混凝土内部水泥复合物疏松和水泥与骨料包裹界面出现裂纹是混凝土宏观力学性能劣化的主要原因；常温和高温冷却后钢-混组合梁的破坏形态均为混凝土板出现贯穿的斜裂缝；随着温度的升高，组合梁的承载力、刚度和延性均降低；低于400℃时冷却方式对承载力影响较小，600℃时喷水冷却后组合梁承载力大于自然冷却；与自然冷却试件相比，喷水冷却下试件的刚度较大，极限挠度较小；基于试验数据和回归分析建立了混凝土抗压强度、钢材屈服强度与受热温度之间的计算公式；修正后的AS/NZS 2327...     

介绍一种在试样上打钢字模的夹具

金属材料的拉伸、冲击等试验中,在试样端头打钢字模时,由于试样端面小,不易夹持,会出现将拉伸试样打弯,冲击试样打飞的情况。若试样较多,会使这一问题更棘手。在实践中,我们自制了一个试样打钢字模用夹具,很好地解决了这一难题。     

热成形钢22MnB5的Q&P工艺

采用盐浴法对热成形钢22MnB5进行了Q&P工艺(quenching and partitioningprocess)处理,研究了淬火终点温度、分配温度和分配时间对试验钢的显微组织、力学性能和残余奥氏体含量的影响。结果表明:Q&P工艺处理22MnB5钢的显微组织主要为马氏体和残余奥氏体组织,同时有一定量的碳化物析出,随着淬火终点温度和分配温度的升高或分配时间的延长,马氏体和碳化物的微观形貌会发生变化;在淬火终点温度和分配温度为325℃,分配时间为60s时得到的试样强塑积最高,达到20435MPa.%;试样的拉伸断口都显示出良好的韧性断裂特征;XRD分析表明,在Q&P工艺处理后试验钢的残余奥氏体含量可达5.5%。     

基于材料性能退化模型的钢排架结构易损性分析

钢材锈蚀是影响钢结构使用寿命的重要因素。为研究大气腐蚀对于钢材锈蚀的影响,本文对太原、攀枝花地区不同龄期的工业钢结构建筑进行了耐久性能实测与材料性能试验,内容包括钢材的锈蚀深度及其屈服强度、极限强度、伸长率、弹性模量等力学性能指标,对于实测与试验结果进行统计分析,提出了钢材的腐蚀模型及力学性能退化模型。为验证实测模型的可靠性,通过钢材腐蚀试验获得室内快速腐蚀情况下的钢材力学性能退化模型,并与实测模型进行对比分析。考虑到随着龄期增长钢材性能不断退化,借助于ABAQUS有限元分析软件平台,将钢材的腐蚀模型及力学性能退化模型引入到不同龄期钢排架结构的地震易损性分析中,获得了结构的失效概率随龄期变化的规律,并给出了相应的易损性曲线。研究成果可为基于数值建模分析获得多龄期钢结构地震易损性数据库提供理论支撑。     

落锤试验试样厚度尺寸效应对T_(NDT)的影响

以3种供应状态、5种钢材、6型试样的落锤试验数据说明钢材的无塑性转变温度TNDT不仅与材料有关,而且与试样厚度有关,二者的关系可用函数式TNDT=At-m+B表示,式中的A、B、m是与材料有关的参数。为准确客观地反映实际工程材料的断裂特性,保证断裂设计的安全可靠,推荐采用厚度为12～50mm的6型落锤试样(P1～P6)和相应的试验条件。     

高强钢管超高强混凝土柱抗震性能试验研究

以轴压比、含钢率和钢材强度为参数,进行了8根高强钢管超高强混凝土柱和1根普通强度钢管超高强混凝土对比柱的拟静力试验,分析了各参数对破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线和各个抗震性能指标(如延性、耗能和强度与刚度退化等)的影响程度。结果表明:压弯破坏为主要破坏模式;弹性刚度受轴压比影响不大,但受含钢率和钢材强度影响较大;极限承载力受轴压比、含钢率和钢材强度影响较大,随前者增大而降低,随后两者增大而增大;延性受轴压比、钢材强度和含钢率影响较大,随前两者增大降低,随后者增大而增大;耗能能力随轴压比增大而减弱,随含钢率和钢材强度增大而增强;刚度和强度退化程度随轴压比增大而降低,随含钢率增大而增大,且前者随钢材强度增大而增大,后者则随钢材强度增大呈减小趋势。通过对比不同规程抗弯刚度计算方法,结果表明:受材料适用范围限制,各规程不适用于该类高强材料组合构件。     

Q690D高强钢基于连续损伤模型的断裂破坏预测分析

高强钢材在实际钢结构中已经开始逐步得到应用,该文针对Q690D高强度结构钢材,进行了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,研究了试样裂纹的起始位置,分析了加载制度对试样承载能力和变形能力的影响,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。基于Q690D钢材缺口圆棒试样的单调拉伸试验结果,结合有限元分析,标定了钢材的连续损伤模型参数。最后,应用钢材的连续损伤模型,对圆棒试样和带初始间隙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、断裂位移和疲劳寿命均与试验结果吻合良好。     

疲劳过程中45钢力学性能变化规律的研究

针对疲劳强度设计的理论和方法所应用的均是材料在未受载下的力学性能,对45钢材料在三级应力水平下进行了旋转弯曲疲劳试验,并对疲劳试验后的试样进行了拉伸试验,研究了屈服极限σs 、强度极限σb和截面收缩率ψ的变化规律.研究结果表明,45钢的力学性能在疲劳过程中的变化规律很明显.在疲劳过程中,材料的屈服极限和塑性变形能力均呈逐渐下降的趋势,强度呈逐渐上升的趋势.在不同的载荷作用下,应力水平越高,材料的屈服极限和截面收缩率值越大,强度极限值越小.