钢结构厚板力学性能及损伤机理研究

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1、学校代码：密级：公开硕士学位论文钢结构厚板力学性能及损伤机理研究作者姓名苏超学科专业结构工程指导教帅杨娜教授王晓峰副教授培养院系上木建筑工程学院二零一五年六月硕士学位论文钢结构厚板力学性能及损伤机理研宄作者：苏超导师：杨娜王晓峰北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供杏阅和借阅。同意学校丨国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务

2、。保密的学位论文在解密后迠本授权说明）签字曰期：年《月：年《月丨〈曰签字期学校代码：密级：公幵北京交通大学硕士学位论文钢结构厚板力学性能及损伤机理研宄作者姓名：苏超学号：导师姓名：杨娜职称：教授王晓峰副教授学位类别：工学硕士学位级别：硕士学科专业：结构工程研宄方向：钢结构北京交通大学年月致谢本论文是在我的导师杨娜和王晓峰的悉心指导下完成的，两位老师严谨的治学态度和科学的工作方法帮助我迈过一道又一道科研难关。在生活中，两位老师也给予了我无微不至的关心，教导我为人处事的道理。在此衷心感谢三年来两位老师对我的关心和指导，祝福老师身体健康，工作顺利，阖家欢乐。感谢课题组杨庆山老师提供的众多学术

3、报告机会，使我能够开拓视野，增加科学知识。感谢香港理工大学罗绍湘教授对我的科研工作提出的许多宝贵意见。感谢课题组邢佶慧、田玉基、李波、张建等老师对我科研过程中的指导与帮助。感谢北京航空航天大学时新红老师为本研究提供试验条件。在求学期间，白凡、白晓彬、郑修凯、何思思、王民、秦术杰、张帅、李韫鑫、郭长岚等工作室同学对我的研宄工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成学业。本论文承蒙中央高校基本科研业务费专项资金资助（、新世纪优秀人才支持计划资助（、国家自然科学基金优秀青年基金“结构工程”（、国家自然科学基金“高强厚板焊接组合钢构件损

4、伤机理与滞回性能研究”（的资助，特致以诚挚谢意。摘要摘要由于钢材轻质高强，钢结构厚板组合构件广泛应用于大型工程结构中。但是由于存在内部缺陷，厚板构件在焊接和服役过程中可能会出现脆性断裂问题。厚板在冶炼、轧制、加工过程中内部存在非金属杂质物、微裂纹、微孔洞等初始缺陷，在焊接残余应力或外部荷载作用下，缺陷逐渐累积、扩展，最终导致材料出现宏观裂纹、层状撕裂等脆性破坏现象，削弱了材料的承载能力。目前，研究人员对于厚板断裂现象有了广泛的认识，但是并没有对损伤累积本质进行探究。本文从力学性能和损伤累积角度对钢结构厚板进行了研究，有助于了解其内部缺陷的演化发展过程，为厚板损伤理论提供数据支持。本文基

5、于连续介质损伤力学理论和弹塑性理论，建立了考虑损伤的弹塑性本构关系，将损伤引入数值分析；通过厚钢板材性试验，获得了厚板在静力和往复荷载下的力学性能，并识别出相应损伤模型参数；最后，探讨了厚板内部损伤累积过程，提出钢结构厚板分层损伤模型及单层损伤简化模型。本文主要研究内容分为四个部分：建立考虑厚板损伤的弹塑性本构方程。基于描述内部损伤演化的模型建立了可以考虑损伤演化和双线性混合强化的应力应变关系；以二次开发接口，编制了相应的厚板本构关系子程序；通过厚铝环反向试验和箱型柱滞回试验，证明了本模型具有较高的精度，且适合于描述钢材内部的延性损伤累积；厚钢板力学性能研究。对、、、四块厚钢板不同横向

6、位置（外表面、距外表面厚度处、中心处）以及向力学性能进行了静力试验和循环加载试验研宄。试验数据表明，屈服强度随着板厚的增加而降低；断面收缩率和断后伸长率随着至外表面距离的增加逐渐降低，在厚板中心处材性性能达到极小值；厚钢板损伤参数识别。基于弹性模量法，进行了重复拉伸试验，获得损伤模型参数。由于弹性模量法仅能提供参数的中值，识别得到的参数需要修正，因此提出损伤参数有效性验证及修正准则，通过有限元模拟单向拉伸试验，最终确定各组参数。损伤参数分析表明，横向试件损伤演化慢于向试件，横向靠近外表面试件的损伤演化慢于靠近中心处的试件；厚钢板损伤机理研究。通过循环加载方式研究试件的损伤累积，对损伤模

7、型参数进行敏感性分析。基于力学性能表现，根据钢结构厚板分层假定建立了厚板分层损伤有限元模型，认为该模型能较真实地反映厚钢板的力北京交通大学硕士学位论文学性能，避免了大型钢结构厚板件的试验。最后，为了将较复杂的分层模型进行简化，通过有限元算例对比，建议取厚度层损伤参数作为整块厚板的损伤代表值，建立单层损伤简化模型，为厚板构件有限元分析奠定理论基础。关键词：厚钢板；力学性能；材性试验；损伤累积；模型ABSTRACTABSTRACTComponent