国产钢材LYP225的低周疲劳试验研究

目前,对于低屈服点钢材的低周疲劳性能试验的研究不多。对两组不同尺寸的国产低屈服点LYP225钢材进行低周循环加载试验,研究其循环骨架曲线、滞回环特点、低周疲劳寿命等特性;同时探讨长细比对低屈服点钢材疲劳寿命的影响。通过Ramberg-Osgood模型对不同应变幅加载下的滞回环进行拟合,得出钢材循环骨架曲线;通过Coffin-Manson模型拟合得到钢材的低周疲劳寿命S-N（应变-寿命）曲线;通过试验数据确立了混合强化参数并将其输入ABAQUS软件中,所得结果能很好地模拟LYP225钢材的滞回曲线。试验结果表明:国产LYP225钢材滞回环饱满,表现出良好的延性,低周疲劳特性好于国外相同试样尺寸的同等级钢材;国产LYP225钢材低周疲劳寿命受试样长细比的影响较大,相同应变幅下,长细比越大其低周疲劳寿命越低;通过试验数据拟合得到的强化参数可用于构件在整体结构中的地震反应分析。     

基于应变能的不锈钢复合钢材低周疲劳性能研究

为了研究不锈钢复合钢的低周疲劳性能，在已有试验的基础上，从应变能的角度对不锈钢复合钢(复层钢材为S31603、基层钢材为Q355B)和基层低合金钢Q355B的疲劳性能进行分析，基于应变能引出标准滞回环的概念，分析循环应变能和材料的Masing特性，并提出一种基于能量的疲劳寿命预测模型。研究结果表明：应变幅是影响不锈钢复合钢和基层低合金钢应变能和低周疲劳寿命的主要因素；两种材料的循环硬化特征主要发生在前几次循环内，而后呈现循环软化特征；在整个加载过程中，两种钢材表现出循环稳定性，且稳态过程占据大部分循环周期；提出的基于应变能的低周疲劳寿命预测模型可以有效拟合不锈钢复合钢和基层低合金钢的低周疲劳寿命曲线，其可以作为应变-疲劳寿命预测的替代方案。     

钢筋的高应变低周疲劳性能分析

利用MTSNEW810电液伺服材料试验机,对HRB400,HRB500钢筋的高应变低周疲劳性能进行研究。采用控制总位移幅不变、保持应变率恒定并通过引伸计监测记录应变值的方法,测定HRB500钢筋高应变低周疲劳过程中的循环应力应变曲线,通过Basquin和Manson-Coffin公式拟合得到各规格钢筋的疲劳寿命方程,从而得到循环应力与应变、应变与疲劳寿命的关系。实验结果表明,HRB500高强钢筋比HRB400钢筋在高应变低周疲劳性能方面具有明显的优势。     

630MPa超高强钢筋低周疲劳性能试验研究

630MPa超高强钢筋已应用于实际工程,而目前针对国产630MPa超高强钢筋的低周疲劳性能研究尚未见报道。为此,以我国国产630MPa超高强钢筋为研究对象,对其进行了静力拉伸试验,得到其静拉力学性能参数。通过恒应变幅加载低周疲劳试验,得到疲劳寿命、循环响应特征及应力-应变滞回曲线等指标,研究了630MPa超高强钢筋的疲劳性能,进行了低周疲劳特性评价。在试验研究的基础上,得到了630MPa超高强钢筋疲劳性能参数,建立了其疲劳寿命预测公式。采用OpenSees软件进行了630MPa超高强钢筋材料低周疲劳试验数值模拟,分析表明利用得到的超高强钢筋疲劳性能参数可以较精确地进行630MPa超高强钢筋低周疲劳数值模拟。     

基于OpenSEES数值模拟的工字形截面支撑低周疲劳性能研究

为研究工字形截面支撑低周疲劳性能,进行了18根Q235和21根ST12材质焊接工字形钢支撑在等幅轴向循环位移作用下的OpenSEES有限元分析,在验证模拟结果和试验结果吻合较好的同时,提出利用支撑几何参数(长细比、宽厚比、高厚比、屈服点)修正的表征应变作为预测支撑低周疲劳寿命的控制参量,给出了对应修正公式和寿命预测公式。表征应变与支撑低周疲劳寿命满足对数线性关系,据此预测的支撑低周疲劳寿命离散性较小且基本位于试验值1.5倍分散带内。对于变幅加载条件下的支撑寿命预测,利用Miner线性损伤理论对39组支撑试验数据进行以裂纹萌生寿命为终止点的损伤值统计,给出了容许损伤建议值作为预测寿命对应损伤值。而后,引入5组单斜工字钢支撑框架低周疲劳试验结果进行验证,其预测寿命均接近试验裂纹萌生寿命,可以较为保守地评估该类支撑的低周疲劳寿命,且支撑截面损伤分布与试验破坏模式保持一致。以上均证明该数值模拟方法和低周疲劳寿命预测方法的准确性和高效性,可为框架支撑结构低周疲劳性能的研究提供借鉴。     

循环非弹性应变下低碳钢对接焊缝的性能

评估钢结构构件的材质和细部构造在极限荷载作用下的无弹性需求范围。描述了对非弹性有要求部位(屈服应力相对较低的钢板和接头全部焊透的对接焊缝细部构造)的循环响应和低周循环疲劳寿命,对不同的基底材质和对接试样进行大振幅循环应变试验,设计了多种焊接方式来缓和焊接试样的应力集中现象、降低其残余应力、改善焊趾外观。采用单轴材料模型和低周疲劳模型描述试样的循环应力-应变响应和低周循环疲劳寿命。研究表明,线性累积损伤模型也适用于预测不同应变历史下试样的破坏情况。对接焊缝仅略微降低试样的低周循环疲劳寿命,不同的焊接方式对低周循环疲劳寿命的影响最小。     

低屈服点钢LYP100单调与循环拉伸试验研究

对47个LYP100低屈服点钢焊接试件进行单向拉伸和反复拉伸加载试验,研究其在不同加载制度下的应力-应变曲线、荷载-位移曲线、骨架曲线、破坏机理和延性特征.结果表明:试件横截面厚度是影响其耗能能力的重要因素,12mm试件的耗能能力明显优于6mm试件;焊接接头对试件的破坏有不利影响,带焊接接头的试件在循环加载作用下疲劳损伤累积效应显著,容易发生脆性破坏,延性变差;LYP100低屈服点钢与Q345钢、Q460钢焊接后,试件的强度提高,循环荷载作用下强度硬化现象明显,但是其延性变差.     

E319全铸铝合金材料低周疲劳试验研究

针对汽车发动机零部件工作中的低周疲劳效应,影响发动机寿命的情况。对E319全铸铝合金材料在不同温度下进行拉伸试验和低周疲劳试验,分析试验结果,得到了疲劳寿命受到应变幅的影响,并且温度与材料的疲劳寿命呈反比趋势。通过试验得到材料寿命及寿命均值数据,并对数据进行拟合数值曲线,得到E319铸铝合金材料的过渡疲劳寿命,当实际寿命小于计算得到的过渡疲劳寿命时,材料的弹性变形损伤将大于塑形变形损伤。     

考虑焊接影响的低屈服点钢LY100超低周疲劳破坏机理研究

为研究低屈服点钢材LY100在反复拉力作用下的力学性能,设计LY100钢与Q345钢或Q235钢焊接连接的材性试件,共进行4组18个材性试件的单调和反复受拉加载试验研究。获得6种不同加载制度下试件的荷载-位移曲线、应力-应变曲线、滞回性能、超低周疲劳破坏机理以及延性特征等。研究结果表明,焊接接头对试件的超低周疲劳性能有不利影响,焊接接头使LY100钢材力学性能的稳定性和延性变差;LY100钢与Q345钢或Q235钢焊接后,材性试件的强度提高但延性下降;反复拉力作用下,带有焊接接头的材性试件呈现强度硬化、延性下降的受力特征,而未带焊接接头的材性试件会产生强度下降、延性增强的现象。     

考虑屈曲影响的复合钢筋低周疲劳性能研究

当钢筋混凝土结构承受地震作用时，关键部位的纵向钢筋易发生屈曲进而加速发生疲劳破坏。为评估屈曲对复合钢筋低周疲劳性能的影响，开展4种长细比的复合钢筋低周疲劳试验，获得其应力-应变滞回曲线。在此基础上，分析屈曲对复合钢筋滞回曲线形态、应力应变性能及耗能能力的影响。通过OpenSees实现了考虑屈曲影响的复合钢筋低周疲劳性能的数值模拟。结果表明：当复合钢筋长细比大于9时，滞回曲线明显捏拢；峰值压应力随加载圈数增加呈下降趋势，应变幅增加显著提高峰值压应力的下降速率；屈曲降低滞回环的耗能能力和复合钢筋的疲劳寿命，对复合钢筋的疲劳性能产生较大的不利影响；提出的数值分析模型可以有效地模拟屈曲引起的峰值拉压应力不对称的特性。     

Cyclic response of plate steels under large inelastic strains

In structures subjected to extreme loading, plate steels are relied upon to plastically deform under large repeated strains. Nevertheless, limited data exists on the hysteretic stress-strain response and low-cycle fatigue life of these steels. In the study described in this paper, axial coupons were tested for five types of plate steel, including conventional and high performance A709 steel as well as specialty low yield point steels, to investigate the material response under repeated inelastic demands of constant amplitude between 1% and 7% strain. Parameters for analytical models were established for cyclic stress-strain and low-cycle fatigue life relationships. Based on this study, it was found that the low-cycle fatigue life of the different types of plate steels was similar and that the effect of increased strain rate was minimal. However, the maximum cyclic stress was found to exceed the yield strength by a factor of 2.0 for the conventional grade steel and up to 4.8 times for the low yield point steels, within just a few reversals in the considered strain ranges. The maximum cyclic stress behavior was not related to the yield strength as much as it was to the manufacturing specifications. This behavior should be considered when using these materials in the limit state design of structures for extreme events such as earthquakes.     

Q690高强钢疲劳损伤后力学性能试验研究

服役结构材料疲劳损伤后的残余力学性能对结构可靠性的评估有着至关重要的作用.为此,对Q690高强钢经不同疲劳损伤后的残余力学性能进行了试验研究.根据Q690高强钢在不同疲劳荷载作用下的疲劳寿命,设定了3级疲劳荷载和9组损伤振动次数,并将Q690高强钢试件在各疲劳荷载下进行不同次数的预损伤疲劳振动.然后,对这些具有不同疲劳...     

管桁结构直接焊接节点焊材损伤累积演化规律试验研究

管桁结构直接焊接节点焊缝容易发生损伤累积,造成节点局部失效。为此,针对管桁结构直接焊接相贯节点的连接焊缝,制作标准试件进行低周疲劳试验,得到其应力 应变滞回曲线、循环应力幅退化曲线和累积耗能变化曲线,研究节点焊材的损伤累积演化规律。结果表明：循环荷载下焊材表现出循环软化现象,与其母材循环特性存在差别,节点抗震分析中应区别考虑二者本构关系;焊材的损伤累积演化规律主要表现为随着循环周数的增加,其循环应力幅值、卸载刚度和耗能能力逐渐减小;焊材损伤累积破坏分三阶段,其中裂纹萌生和破坏阶段应力幅退化较快,裂纹扩展阶段变化较慢;加载应变幅对损伤累积速率的影响表现为加载应变幅值越大,其损伤退化越快,在母材为Q235的焊材中影响更明显;焊缝形式的影响较小,表现为角焊缝的损伤累积稍大于全熔透焊缝。有限元分析中考虑损伤累积影响,得到的焊材损伤累积演化规律与试验结果较为吻合。     

高强耐蚀钢材料力学特性试验研究

海洋钢结构的腐蚀劣化是导致结构失效的关键因素,应用耐蚀钢材可以显著提升结构服役寿命。通过对高强耐蚀钢的力学特性开展研究,进行了一系列单调和循环加载力学性能试验,分析了高强耐蚀钢在单调和循环荷载作用下的破坏形态、应力-应变关系、延伸率等性能,研究了循环加载历史、应变幅值和应变增量等参数对材料力学性能的影响。结果表明:高强耐蚀钢在单调加载下无明显屈服平台,断后伸长率在16%~19%之间;循环加载下,钢材循环应力-应变关系随加载圈数增加表现为先强化、后软化、最终逐渐趋于稳定;不同应变幅值软化因子呈近似线性变化,其值较小且加载后期幅值影响不显著;单次循环的能量耗散值随着应变幅值增大而显著增大,但其增大倍率呈近似线性下降趋势,变幅应变加载造成材料损伤程度较常幅应变加载更严重;可采用Rasmussen模型和Ramberg-Osgood模型分别描述高强耐蚀钢单调加载力学行为和循环加载力学行为。     

建筑用抗震钢高应变低周及超低周疲劳性能研究进展

近年来全国各地高层建筑迅猛发展,同时我国已经进入第五个地震活动期,这对建筑用钢的高应变低周、超低周疲劳性能提出了严峻的挑战。用于制作抗震构件的低屈服点钢,作为抗震用钢的新钢种将会得到越来越广泛的应用。为此,本文介绍了国内外建筑抗震用钢的高应变低周、超低周疲劳研究现状,着重阐述了低屈服点钢的研发及其低周疲劳性能研究状况,探讨了提高钢抗震性能的措施,并指出了今后国内抗震用钢低周、超低周疲劳研究的方向,为进一步提高建筑用抗震钢的综合抗震性能提供借鉴。     

Extremely low cycle fatigue tests on structural carbon steel and stainless steel

Cyclic material tests in the low and extremely low cycle fatigue regime were carried out to study the properties of structural carbon steel and stainless steel. A total of 62 experiments were performed in cyclic axial and bending configurations, with strain amplitudes up to ±15%. Materials from hot-rolled carbon steel (S355J2H), cold-formed carbon steel (S235JRH) and cold-formed austenitic stainless steel (EN 1.4301 and EN 1.4307) structural sections were tested and the results were compared. The strain–life data from the axial tests were used to derive suitable Coffin–Manson parameters for the three materials; two further extremely low cycle fatigue life prediction models were also considered. The results revealed that the three materials exhibit similar strain–life relationships despite significantly different elongations at fracture measured in monotonic tensile tests. The hysteretic responses of the materials at different strain amplitudes were used to calibrate a combined isotropic/kinematic cyclic material hardening model which can be incorporated into numerical models of structural members. The stainless steel specimens displayed significantly greater levels of cyclic hardening than the corresponding carbon steel samples. A relationship between the results obtained from axial and bending test arrangements was established through consideration of energy dissipation, enabling strain–life models to be derived from either means of testing.     

配置不同屈服点钢筋的RC十字型节点试验

根据钢筋屈服点的不同,分别制作了一级钢筋、三级钢筋以及低屈服点钢筋的RC十字型节点;通过进行低周反复加载试验,得到了3种节点构件在水平荷载下的滞回曲线,分析比较了3种节点构件的耗能能力、延性、刚度退化等特征。试验结果表明:试件J-3在各级位移控制下第1循环的滞回环面积大于试件J-1、J-2;试件J-3的位移延性系数也远大于试件J-1、J-2;配置低屈服点钢筋的节点比配置一级钢、三级钢的节点耗能能力强,延性也有明显的提高。