不锈钢压弯构件整体稳定性能有限元研究与承载力计算方法

该文采用有限元软件ANSYS建立了焊接不锈钢压弯构件有限元模型,并基于试验结果验证了该模型的有效性。采用经验证的有限元模型分析了残余应力和几何初始缺陷对构件整体稳定性能的影响,并在广泛的截面等级、荷载偏心和长细比组合下进行了参数分析以产生足够的数据点。最后,利用有限元分析结果对我国现行《不锈钢结构技术规程》（CECS 410―2015）中的计算方法进行评价,并给出了提高计算精度的改进方法。结果表明:CECS 410―2015中的计算方法对于不锈钢焊接工字形和箱形截面压弯构件整体稳定承载力的预测均偏于保守,改进的计算方法能够更精确地预测不锈钢焊接工字形和箱形截面压弯构件的整体稳定承载力。     

焊接箱形截面不锈钢柱相关稳定性能分析

采用有限元法对焊接箱形截面不锈钢柱的局部与整体相关稳定性能进行分析,研究利用板件的屈曲后强度,以实现更为经济合理的构件截面设计。建立了可以准确模拟不锈钢非线性材料力学性能、截面焊接残余应力和构件的局部与整体几何初始缺陷等因素的精确有限元数值模型,并依据试验结果对模型的可靠性进行了验证。基于验证可靠的有限元模型,开展了系统参数分析,同时补充了大量的数值计算数据点。根据得到的试验和有限计算结果,对相关稳定承载力的理论计算方法进行了比较分析,表明现有的方法应用较为复杂,而且可能高估构件的相关稳定承载力。针对奥氏体型和双相型两类不锈钢提出了通用的计算修正系数,给出了新的直接强度法计算公式,经试验与有限元计算结果验证,表明其能够准确计算焊接箱形截面不锈钢柱的相关稳定承载力。     

双相型不锈钢角焊缝连接承载性能有限元分析

为研究双相型S22053不锈钢角焊缝连接的承载性能,对不锈钢母材和焊缝金属圆棒试样进行材性试验,分别获得了母材和焊缝金属材料的本构关系;对不锈钢正面和侧面角焊缝连接试件进行拉伸试验,测得试件极限承载力和焊缝变形发展情况;利用ANSYS有限元软件对不锈钢角焊缝连接试件单向拉伸试验进行了非线性有限元模拟,并将试验结果与模拟结果进行了对比。对比结果表明,考虑不锈钢母材和焊缝金属本构关系差异并使用材料真实应力-应变曲线的有限元模型能有效模拟角焊缝连接承载性能拉伸试验。最后,利用经试验验证的有限元模型对角焊缝承载力影响因素进行了参数分析,并将有限元模拟值与按照美国规范SEI/ASCE 8-02、欧洲规范EN 1993-1-4,以及中国不锈钢结构技术规程CECS 410:2015计算求得的规范设计值进行了对比,得出了承载力模拟值与各国规范设计值的比值,可为不锈钢设计规范的完善和工程应用提供参考。     

腹板并合双肢冷弯薄壁Σ型钢压弯构件畸变性能试验研究

为研究腹板并合双肢冷弯薄壁Σ型钢拼合钢柱的畸变屈曲性能及其相关作用,并评估现行各国规范计算方法适用性,设计制作了22根构件进行压弯试验。以Σ型加劲、腹板孔位、偏心荷载作用位置、柱长等为主要参数,考察其对试件屈曲行为、破坏特征和极限承载能力的影响。结果表明：试验主要发生畸变屈曲或畸变-整体、畸变-局部相关屈曲,Σ型加劲有效地防止了腹板局部屈曲;腹板开孔不会影响屈曲模式的改变;关于强轴和弱轴的偏压位置及偏心距离对试件畸变屈曲行为有显著影响。采用中美技术标准包括中国规范GB50018-2002、JGJ/T 421-2018以及北美规范NAS 100-2016计算的承载力结果与试验结果进行了对比分析,结果表明：荷载绕强轴偏心作用时,中美规范计算结果均偏于安全;荷载绕弱轴偏心作用时,GB 50018-2002和NAS 100-2016计算结果偏于安全,而JGJ/T 421-2018计算值较为保守,试验与其比值约为1.64,该文建议腹板双肢并合截面整体协同工作下绕弱轴稳定承载力可按全截面计算。     

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。     

不锈钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

对9根奥氏体型和9根双相型不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,测得了短柱在轴压作用下的极限荷载、纵向应变和环向应变等,重点考察了钢管壁厚和混凝土强度对短柱承载性能的影响,并参考普通钢管混凝土设计规程欧洲规程(Eurocode 4)、美国规程(ACI 318-99)、日本规程(AIJ-CFT),我国相关规程DBJ 13-51―2003、DL/T5085―1999和CECS 28:2012计算了不锈钢管混凝土短柱的承载力并进行对比分析。结果表明,不锈钢管混凝土轴压短柱在核心混凝土强度等级相同的情况下,构件承载力随钢管壁厚的增加而增大,混凝土强度对其有影响。6种规程在计算不锈钢管混凝土短柱承载力时偏于安全,其中CECS28:2012更接近试验结果,该文成果对不锈钢管混凝土短柱承载力的设计有一定的参考意义。     

钢管混凝土组合柱压弯性能试验及承载力计算

现行叠合柱规程CECS188:2005计算钢管混凝土组合柱压弯承载力时,不计钢管作用影响,构件承载能力未充分利用。为此,该文通过钢管混凝土组合柱偏心受压试验,考察破坏形态及约束机理,完善压弯承载力计算理论。研究表明:钢管混凝土组合柱发生大、小偏心受压破坏,以受拉区纵筋达到屈服强度,同时混凝土受压边缘达到极限压应变为界限破坏准则;截面应变符合平截面假定,其中钢管横向应变随着偏心距减小而增大,即钢管约束作用增强,倾向于轴心受压构件而不可忽略;最后提出能够考虑钢管及其约束作用的正截面压弯承载力计算公式,通过40组试验样本的验证表明,该方法计算合理可靠,可用于指导设计。     

反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱抗震性能的数值分析

建立考虑材料非线性、几何非线性、几何初始缺陷、残余应力影响的有限元模型,对反复水平荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱的受力性能进行模拟分析。通过与相关试验结果的比较,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,对85个箱形构件进行数值分析,研究反复水平荷载作用下常偏压箱形钢柱的抗震性能。研究结果表明,腹板宽厚比是影响构件抗震性能的最主要因素,腹板宽厚比越大,构件的刚度、承载力退化越严重,延性越差。对于中等长细比的构件,当轴压比较小时,构件的抗震性能受整体失稳、局部屈曲和塑性变形的相互影响;但当轴压比较大时,整体失稳将起控制作用。柱顶弯矩使构件的骨架曲线发生平移,但柱顶弯矩对构件抗震性能的影响相对较小。根据有限元计算结果,回归出反复荷载作用下偏心常轴压箱形钢柱可承受的最大柱顶剪力和位移延性系数的拟合公式。     

方钢管-钢骨高强混凝土压弯承载力计算

为了进一步研究方钢管-钢骨高强混凝土压弯构件的力学性能,作者运用合成法和有限条带法相关知识,编制了方钢管-钢骨高强混凝土压弯构件分析程序.程序计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,进一步分析了长细比、配骨率、套箍率变化对压弯构件承载力的影响规律;最后通过对大量数值计算结果的回归分析,得出了实用的压弯承载力计算公式.对典型试件的计算结果表明:该计算方法简单有效,且具有较好的精度.     

波浪腹板变截面压弯构件稳定承载力设计方法和试验研究

波浪腹板变截面压弯构件用做边柱铰接的门式轻钢结构中,主要承担弯矩、剪力与轴力。该文基于现行《门式刚架轻型房屋钢结构规程》CECS102:2002中的相关公式,建立了波浪腹板变截面压弯构件平面内稳定承载力与平面外稳定承载力的设计公式。进行了大量的有限元数值计算,其中通过变化构件的几何设计参数并考虑了各种缺陷(几何初始缺陷与残余应力)的影响,验证了所建立的设计公式的可靠性。进行了两根变截面波浪腹板构件的压弯稳定承载性能的试验研究,考察了其失稳机理及稳定承载力,并与有限元数值分析结果吻合较好。     

不锈钢焊接截面简支梁非线性变形性能研究

为研究不锈钢梁非线性变形性能,对5根不锈钢焊接工字形截面梁开展三点弯曲加载试验。建立了考虑不锈钢材料非线性、构件几何初始缺陷和截面焊接残余应力的有限元模型,根据试验结果对数值模型的准确性进行验证。基于验证的有限元模型,对中国CECS 410《不锈钢结构技术规程》和Real-Mirambell建议的不锈钢梁挠度计算方法进行分析。在此基础上,根据平截面假定和不锈钢应力–应变关系曲线,提出不锈钢梁截面屈服弯矩M_0.2的简化计算公式;考虑截面焊接残余应力对梁初始变形刚度的不利影响,提出针对不同材料牌号梁变形刚度的折减系数建议取值,对CECS 410和Real-Mirambell的挠度计算方法进行修正。分析结果表明,修正公式能够准确合理地计算不锈钢焊接工字形梁的挠度。     

Tensile and Impact Properties of Shielded Metal Arc Welded AISI 409M Ferritic Stainless Steel Joints

The present study is concerned with the effect of filler metals such as austenitic stainless steel, ferritic stainless steel and duplex stainless steel on tensile and impact properties of the ferritic stainless steel conforming to AISI 409M grade. Rolled plates of 4 mm thickness were used as the base material for preparing single pass butt welded joints. Tensile and impact properties, microhardness, microstructure and fracture surface morphology of the joints fabricated by austenitic stainless steel, ferritic stainless steel and duplex stainless steel filler metals were evaluated and the results were reported. From this investigation, it is found that the joints fabricated by duplex stainless steel filler metal showed higher tensile strength and hardness compared to the joints fabricated by austenitic and ferritic stainless steel filler metals. Joints fabricated by austenitic stainless steel filler metal exhibited higher ductility and impact toughness compared with the joints fabricated by ferritic stainless steel and duplex stainless steel filler metals.     

460MPa高强钢箱形截面轴压柱局部稳定有限元分析和设计方法研究

为研究460MPa高强度钢材等边箱形截面轴心受压柱的局部稳定受力性能和设计方法, 该文采用有限元软件ANSYS建立有限元模型, 考虑残余应力和局部初始几何缺陷的影响, 对3组共10个460MPa等边箱形截面轴心受压短柱的局部屈曲进行了有限元分析, 并将极限承载力计算值与试验实测值进行对比, 结果证明该模型能够准确分析计算460MPa高强度钢材等边箱形截面轴心受压柱的局部屈曲受力性能。利用该模型进行有限元参数分析, 与钢板的宽厚比相比, 钢板厚度、钢板长宽比、残余压应力值和局部初始几何缺陷幅值等因素对局部屈曲受力性能的影响都很小。将试验实测值和参数分析的结果与中国、美国和欧洲钢结构设计规范中箱形截面局部稳定设计曲线进行对比, 表明现行规范的设计方法不够安全。该文提出的建议设计公式适用于460MPa高强度钢材等边箱形截面轴心受压柱局部屈曲极限应力的设计计算。     

轴心受压H形截面不锈钢柱抗火性能分析

基于国产奥氏体S30408不锈钢材料,针对轴心受压H形截面不锈钢柱,采用高温稳态分析和瞬态分析两种方法对其抗火性能开展了有限元数值模拟分析,揭示了不锈钢柱高温下受力性能与破坏模式。通过高温稳态分析,给出了不同温度下不锈钢柱的荷载-位移曲线及极限承载力-温度曲线;通过高温瞬态分析,研究了特定火灾升温模式下不锈钢柱表面温度的变化规律,给出了不同荷载比下不锈钢柱的临界温度;并将两种方法的计算结果与《欧洲规范》(EN1993-1-2)的计算结果进行对比分析。在此基础上,分别采用高温稳态分析和瞬态分析方法,对不锈钢柱的抗火性能开展了参数化分析,着重考察了构件初始缺陷、荷载比、截面尺寸以及长细比对高温下极限承载力和临界温度的影响。研究结果表明:构件的长细比和截面尺寸为轴心受压H形截面不锈钢柱高温极限承载力的主要影响因素,荷载比为不锈钢柱临界温度的关键因素,初始缺陷对不锈钢柱的抗火性能影响不明显。     

不锈钢硫酸—硫酸铜晶间腐蚀结果评定方法探讨

通过对硫酸-硫酸铜晶间腐蚀后弯曲产生裂纹或断裂的奥氏体不锈钢基体、双相不锈钢基体、不锈钢堆焊复层及不锈钢焊接接头试样进行金相、扫描或透射电镜微观分析,表明用GB4334-2008 E法评定操作性存在问题,参照此法判断试验材料是否有晶间腐蚀倾向,判断结果存在争议;硫酸-硫酸铜晶间腐蚀标准(GB4334-2008 E法)中结果评定方法应在现基础上细化、补充,评定方法中金相法如何操作和如何评定应详细说明,适当可以补充图片指导,结果有争议时,不只限于150～500倍的光学显微镜下观察,根据需要,可在扫描电镜下、甚至是在透射电镜下进行观察分析;在高倍显微镜下准确判断出晶间腐蚀所致裂纹和非晶间腐蚀所致裂纹试样,总结出其低倍形貌特征并补充于标准评定方法中,对于提高标准的操作性具有重要意义。     

Mechanical,electrochemical and magnetic behaviour of duplex stainless steel for biomedical applications

Mechanical, electrochemical and magnetic properties of duplex stainless steel were analysed to evaluate its use as biomaterial, comparing the results with those obtained for austenitic stainless steel. Yield and ultimate tensile strengths are almost twice in duplex stainless steel, being the values 870?MPa and 564?MPa, respectively. The electrochemical test revealed that this material has lower susceptibility to localised corrosion because of its greater passive range, 1?V from the open circuit potential, while the austenitic stainless steel exhibited a passive region of 0.370?V. Both steels behave as soft magnetic materials, however, duplex stainless steel has higher magnetic saturation and remanence, while austenitic stainless steel is more prone to heating when exposed to a magnetic field.