焊接热影响区断裂性能试验研究

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1、*焊接热影响区断裂性能试验研究刘永明张晔江陈以一陈扬骥（同济大学建工系，上海，200092）[摘要]为了确定断裂分析模型的参数，本文进行了结构钢（Q235c、Q345c）焊接热影响区断裂性能试验研究，获得了两种材料在焊接热影响区的JR阻力曲线，采用J积分撕裂模量法建立了裂纹失稳的失效评定图。采用两种材料分别制作了一组外形尺寸一致、初始裂纹尺寸不同的单边裂纹焊接板，测出相应的极限拉伸应力，并和理论曲线进行了对比。[关键词]热影响区，JR阻力曲线，失效评定图，弹塑性断裂[中图分类号]TU311.3[文献标识码]：A

2、EXPERIMENTALRESEARCHONFRACTUREPERFORMANCEINWELDHEAT-AFFECTZONELiuYongming,ZhangYejiang,ChenYiyi,ChenYangji(DepartmentofBuildingEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092)Abstract:Inordertocalibratetheparameterofanalyticfracturemodels,theexperimentalresearch

3、offractureperformanceintheweldheat-affectzonewasdone.TherelationshipcurvebetweentheresistanceJintegralandthevalueofcrackextensionwasplottedbythetest.Thefailureassessmentdiagramofinstabilityofcrackpropagationwasalsoobtained.Theutmosttensileintensityofagroupof

4、weldedsingle-edge-crackplatemadeofQ235corQ345c,whichweresameshapeanddifferentinitialcracklength,wasobtainedandcomparedwiththetheoreticcurve.Keywords:heat-affectzone;JRresistancecurve;failureassessmentdiagram;elasto-plasticfracture;一研究背景二十世纪九十年代以前，工程界普遍认为钢结构具

5、有优良的抗震性能，而作为钢结构抗震主体的钢框架更是具有足够的延性，有很强的塑性耗能能力，这种观点在以往发生的地震〖1〗中得到了许多验证，例如墨西哥地震发生后，其震灾调查表明，钢结构建筑破坏很少。但1994年美国Northridge北岭地震和1995年日本Kobe神户大地震以后，人们发现钢框架结〖2〗构表现不尽如人意，出现了大量的焊接节点断裂破坏。对于Northridge地震和Kobe大地震震后的研究发现，节点区域在发生断裂时已经有很大的塑性发展，因此抗弯钢框架节点在地震下的断裂属于弹塑性断裂的范畴。一些研究者从

6、纯钢梁－钢柱节点出发，对发生这些断裂破坏的现象和可能的原因作了描述和分析，同时也作了相应的试验研究，但由于节点区域受力的复杂性、力学分析手段的不完善以及试验条件和手段的限制，迄今为止尚未建立起成熟的、令人满意的节点域断裂分析模型。对于节点的断〖3〗裂研究大都停留在裂纹预测和安全评估方面，而对于裂纹由起裂，扩展，直至失稳断裂的全过程的精确分析和模拟还未见有相应的报告。对震后建筑物的检测发现，在节点脆性断裂的实例中，梁下翼缘的断裂占了相当部分，〖4〗并且发现断裂位置大都位于焊缝热影响区附近。作者认为，对于这类破坏现

7、象，可以利用已有的杆端非线性弹簧模型，通过引入某些断裂参量，建立适用于分析节点部分断裂的数〖5〗值模型，并做了初步尝试。本文通过对两种钢材的热影响区的断裂性能试验，测得了两种材料焊缝区的JR阻力曲线，得到了起裂韧度JIC和撕裂模量TR，采用J积分撕裂模量法建立了失效评定图，并和试验数据进行了对比，为将这些参量引入前述节点域断裂的数值模型提供必要的基础。*高等学校博士点专项科研基金（560.3500）国家自然科学基金项目（59678037）作者简介：刘永明（1977）、男，江苏人，同济大学建筑工程系硕士研究生二试

8、验原理及目的大多数韧性材料起裂后，裂纹尖端的奇异性比起裂前的奇异性弱得多，裂纹经过一个稳定的扩展过程，才能达到失稳而发生断裂。利用裂纹扩展阻力曲线即能描述这种现象。阻力曲线法是采用有疲劳裂纹的多个小试样，测出相应于不同稳定扩展量Δa的J积分值（JR），绘〖6〗出JR~Δa曲线（简称JR阻力曲线）由此可以确定材料的断裂韧度JIC。同时得到了材料的JR阻力曲线，也就得到了裂纹稳定扩展的方程