HRB400钢在较低三轴应力下变形破坏的试验与数值研究 近年来,随着建筑行业的飞速发展,钢结构的断裂破坏问题备受关注。HRB400热轧螺纹钢筋作为我国现阶段建筑行业的主流钢材,研究它的断裂力学行为有重要实际工程意义。 长期以来,关于韧性材料的断裂研究大多集中在高应力三轴度范围,而对较低三轴应力下的断裂问题研究仍存在较大争议。为此,本文采用HRB400钢材料加工了一系列可获取不同应力状态的试样,利用MTS复合拉扭试验机对这些试样进行拉扭破坏试验;并结合数值模拟软件,对HRB400钢在低三轴应力下的失效应变与应力状态之间的关系开展了研究:(1)通过光滑实心圆棒的单拉试验与空心薄壁圆管的纯扭试验获取材料的弹塑性参数,并结合数值模拟对二者的硬化曲线进行延伸标定。 得到了 HRB400钢在单轴拉伸和纯扭作用下的硬化曲线,并分析了它们的差异。(2)为了研究材料在较低应力三轴度下的破坏规律,用中心孔板试样、不同形式剪切板试样以及空心缺口圆管试样进行变形破坏试验,测定了各试样的裂纹萌生时刻和起裂位置。
radon变换并根据各试样临断裂前的变形估计它们的平均断裂应变,发现HRB400钢在拉剪混合作用下的
杜伊斯堡平均等效断裂应变远低于纯剪切情形下的平均等效断裂应变。(3)在超景深三维显微镜下观测各个试样的局部变形和起裂位置,结合数值模拟分析各试样起裂点的应力状态。陈道学
发现中心孔板试样和剪切板类试样在其起裂处呈现出拉应力作用的特征,剪切板类试样起裂处还伴有一定程度的受剪特征,空心缺口圆管试样的起裂位置则表现为明显的纯剪切状态。(4)对所有试验均进行了模拟,在确保模拟合理性的前提下,提取各试样在起裂点处的应力和应变信息进行分析。误判率
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结果发现该材料在应力三轴度为0时对应着较大的断裂应变,而在应力三轴度为0.4～0.6之间,断裂应变随应力三轴度的变化呈现先减小后增大的趋势。(5)基于试样起裂点建立该材料断裂应变与Lode参数之间的关系,结果发现材料的断裂应变随Lode参数在-1～0之间的变化是先减小后增大的规律,说明Lode参数对材料的断裂应变有着重要影响。
(6)本文采用拟合的J-C断裂准则模拟各个试样的起裂过程,发现利用J-C模型对材料的破坏进行预测在大多数情形下是有效的。但也有失效的情形,意味着J-C断裂模型具有局限性。
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