应力集中对钢结构厚板脆性破坏的影响分析

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1、胡宗文等：应力集中对钢结构厚板脆性破坏的影响分析应力集中对钢结构厚板脆性破坏的影响分析胡宗文，王元清，石永久，陈宏(1．清华大学结构工程与振动教育部重点实验室。北京100084；2．清华大学建筑设计研究院．北京100084)【摘要】伴随超高层和超大跨工程的13益增多，钢结构厚板的使用越来越广泛，厚度的增大导致钢板脆性断裂倾向提高，因此有必要针对厚板的脆性断裂做相关的基础理论研究。本文针对含缺口受拉厚板(60—150mm厚)缺13尖端的塑性应力场进行了有限元和理论分析，特别是对钢厚板的脆性破坏倾向性作了较深入的探讨。结果表明，厚板具有更明显的脆性破坏倾向。【关键词】厚板；塑性

2、应力场；最大拉应力；脆性断裂【中图分类号】TU391【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2010)01—0001—04OFS11C0N㈣A11('NoNBR唧EDAGEoFrIlILPLA1EHUZong-wen，WANGYuan．qingI，SHIYong-jiu，CHENHong2(1．KeylaboratoryofStructuralEngineeringandVibrationofChinaEducationMinistry，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China；2．ArchitecturalDesignandRe

3、searchInstitute，TsinghuaUniversity，Beijing100084，China)Abstract：Withthenumberofsuperhigh—risebuildingsandsuperlengthstructuresincreasinglargely，thickplateofsteelstructureisusedinoreandmorewidely．Thethicknessincreasingcausesthebritdedamagetendencyincreasing，soitisnecessarytodosomebasictheor

4、eticalresearchaboutthebritdefractureofthickplate．ThispapermakesFEAandtheoreticalanalysisOilplasticstressfieldofthecracktipof60～150Binthickplateintension，andespeciallydiscussesthebrittledamagetendencydeeply．Theresultsshowthatthickplatehasamoreobvioustendencyofbrittledamage．Keywords：thickpla

5、te；plasticstressfield；themaxinlu／ntensilestress；britdefracture材料静荷作用下的失效形式主要有两种：脆性断模型，用来模拟含有实际缺口等应力集中状况的钢构裂和屈服。它们都各自对应不同的强度理论。经典力件[3]。其本质特征正是存在三向受拉的集中高应力学理论认为当钢结构构件中某一点的最大主拉应力状态。通过该模型的分析可以获得缺口或裂纹尖端d，达到钢材断裂强度时，构件会发生断裂破坏uJ。的应力状态及其对脆性破坏的影响，进而可以对实际由此可见，应力状态对钢材及其构件的塑性和韧钢构件脆性破坏的情况和规律进行了解。性的影响很大。

6、而构件尺寸正是影响应力状态的因均布荷载P素之一。以平板为例，当构件很薄时，缺陷部位近似处于平面应力状态，沿厚度方向的应力很小。随着厚度的增大，沿厚度方向的应力逐渐增加并使该处处于三向受拉状态的高应力区，且逐步向平面应变状态过渡。该应力状态约束了尖端的塑性流动，使塑性变形大为降低，这样大大提高了钢结构构件发生脆性破坏图1含缺口受拉板理论模型图2受拉板有限元模型尺寸的可能性L2J。因此，本文针对受拉厚板(60—150mm)图中坐标系的原点位于板的中央平面上，而实际缺口尖端的塑性应力场进行了有限元和理论分析，进在应力场分析时，更关心缺口尖端附近的情况，因此而对钢厚板的脆性破坏倾向

7、性作较深人的探讨。下面的分析将坐标点原点放在尖端的中央点。1含缺口受拉厚板模型根据Neuber理论解的相关文献[4,5]，这里同样定1．1模型概述义无量纲变量_『=x／r(r为缺口曲率半径)，以便研究脆性断裂分析中常以含缺口受拉平板作为分析[基金项目]国家自然科学基金项目(No．50778102)2低温建筑技术2010年第1期(总第139期)三向应力分布规律。2塑性应力场概况1．2有限元模型缺口尖端附近存在高度应力集中，是影响破坏形计算采用ANSYS软件，应用SOLID92单元，可以式的最危险的区域，因此只需要得到