铸钢微观断裂判据研究及其在节点断裂预测中的应用

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1、ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第—腿代大学ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５‘ｒ？？＊硕士学位论文学科专业：结构工程作者姓名：雷鹏指导教师：尹越副教授螫天津大学研究生院＾２０１６年１１月摘要1994年美国Northridge地震和1995年日本Kobe地震的震后调查发现，节点的断裂往往伴随着较大的塑性变形，可归结为应力集中区域的超低周疲劳破坏。在空间结构、新型结构体系中构件与构件之间的节点连接日趋复杂，铸钢节点发挥其作用，有效预测铸钢节点的超低周疲劳破坏具有极大的研

2、究价值。本文着重于空穴扩张的微观力学模型，研究了G20Mn5QT材料的单调加载断裂预测模型和往复加载断裂预测模型，并通过铸钢节点试验验证了标定模型的准确性。其主要工作内容如下：（1）概况了单调荷载作用下的微观机制模型，即SMCS模型和VGM模型，超低周往复荷载作用下的微观机制模型，即CVGM模型、DSPS模型和ICVGM模型。（2）通过对G20Mn5QT材料的标准试件进行单调拉伸试验和相应的有限元研究，确定单调荷载作用的微观机制模型参数α和η，并通过设计的螺栓孔试件验证了其准确性。（3）用标定的SMCS和VGM模型对天津大学刘铭

3、劼进行的4个铸钢件连接节点的拉伸试验进行了断裂预测，预测断裂位置和断裂荷载与试验结果相比具有较高的精度，验证了SMCS和VGM模型预测实际铸钢节点在单调荷载作用下的延性断裂的适用性。（4）通过对G20Mn5QT材料的标准试件进行往复加载试验和相应的有限元研究，确定往复荷载作用下的微观机制模型参数、和，并通过DSPSCVGMICVGM设计的螺栓孔试件的往复加载试验验证了其准确性。（5）用标定的DSPS、CVGM和ICVGM模型对铸钢空心球节点进行了ULCF寿命预测，分析了3种模型的预测能力，结果表明3种模型在对称循环荷载作用

4、下的预测能力相近，在有极小非弹性受压循环荷载作用下ICVGM预测能力更强。本文结合实验研究和有限元分析的方法，确定了2个单调荷载作用下的微观机制模型参数以及3个往复荷载作用下的微观机制模型参数。标定的断裂预测模型经过算例的有效验证，可以应用于铸钢节点的断裂预测分析。这是首次对铸钢材料G20Mn5QT的微观机制模型研究，对于有效判断铸钢节点的ULCF性能具有重大的应用价值。关键词：超低周疲劳，G20Mn5QT，铸钢节点，微观机制模型，铸钢空心球节点IABSTRACTAftertheearthquakein1994intheUnit

5、edStatesandtheKobeearthquakeinJapanin1995,itisfoundthatthefractureofthejointisusuallyaccompaniedbylargeplasticdeformation,whichcanbeattributedtotheultra-lowcyclefatigue(ULCF)failureofthestressconcentrationarea.Ascaststeeljointhasbecomemoreandmorepopularwiththeapplica

6、tionofspatialstructureandnew-stylestructurewhereconnectionnodebecomesmoreandmorecomplex,predictionfortheULCFofcaststeeljointhasgreatresearchvalue.ThispaperfocusesonthemicroscopicmechanicsmodelforbothmonotonicloadingcaseandcyclicloadingcasefortheG20Mn5QTmaterial.Theac

7、curacyofthecalibrationmodelwasverifiedbythetestofcaststeeljointscarriedoutbyotherresearchers.Themainresearchisasfollows:(1)Themicroscopicmechanismmodel,SMCSmodelandVGMmodel,undermonotonicload,andthemicromechanismmodelofthesuperlowcyclereciprocatingload,namelytheCVGMm

8、odel,theDSPSmodelandtheICVGMmodel,wereintroduced.(2)BasedontheG20Mn5QTmaterialstandardspecimensubjectedtomonotonictensiletestandthe