平板对接焊钢结构构件焊接节点低周疲劳破坏机理研究

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1、学校代码：10286分类号：TU973密级：公开UDC：624学号：150917平板对接焊钢结构构件焊接节点低周疲劳破坏机理研究研究生姓名：蒋丛笑导师姓名：黄镇请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称土木工程论文答辩日期2018年6月6日二级学科名称防灾减灾工程及防护工程学位授予日期2018年月日答辩委员会主席左晓宝评阅人S005158-1S005158-22018年6月7日硕士学位论文平板对接焊钢结构构件焊接节点低周疲劳破坏机理研究专业名称：防灾减灾工程及防护工程研究生姓名：蒋丛笑导师姓名：黄镇本论文获国家自然科学基金重点项目（51438002）资助。STUDYONL

2、OW-CYCLEFATIGUEPROPERTIESANDFAILUREMECHANISMOFWELDEDPLATECOMPONENTONSTEELSTRUCTURESADissertation（Thesis）SubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYJIANGCongxiaoSupervisedbyAssoc.Prof.HUANGZhenCollegeofCivilEngineeringSoutheastUniversityMay，2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈

3、交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内

4、容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要地震发生时，钢结构焊接节点的焊缝处承受极大的交变载荷作用，可能产生疲劳裂纹，进而造成结构焊接节点的破坏，此时材料的主要失效形式为高应变低周疲劳损伤和断裂。因此，为避免钢结构焊接节点疲劳损伤破坏，有必要对钢构件焊缝的低周疲劳破坏机理与疲劳寿命预测方法开展深入研究。本文以工程中常用的平板对接焊构件为研究对象，首先对焊接构件疲劳断裂理论和裂纹扩

5、展的Paris公式进行阐述。运用高精度、高像素的显微测量仪观测平板对接焊构件低周疲劳加载过程中焊接节点区的疲劳裂纹出现及开展情况，结合金属焊接结构的疲劳断裂理论，定性分析了平板对接焊构件焊接节点区在低周往复荷载下疲劳裂纹的演化规律。试验研究表明；在近门槛扩展阶段，疲劳裂纹的扩展速率很小；在高速扩展区，裂纹扩展速率升高；当疲劳循环的最大应力强度接近材料的破坏临界值时，裂纹扩展速率急剧增加，最终主裂纹贯通导致构件断裂。对不同形式的Q345平板对接焊构件开展等幅高应变低周疲劳试验研究，加载过程中通过三维数字图像相关方法（3D-DIC系统）对试件焊缝及其热影响区在疲劳加载全过程中的应变值

6、进行测量。采用传统应变数据采集TDS方法与3D-DIC系统采集的应变数据进行比对，结果表明13个试件两种试验数据采集方法的数值相差均小于15%，可见3D-DIC系统可有效地对本文研究的平板对接焊构件进行应变数据采集。试验研究表明，随着低周疲劳加载圈数的增多，试件焊缝区的应变数值明显高于其他位置，最终所有试件的疲劳破坏均出现在焊缝处。不同组试件对比表明，自动焊缝的低周疲劳性能优于人工焊缝，等厚试件由于不会过早发生失稳，其低周疲劳性能优于局部厚度削弱的试件。焊缝材料在焊接过程中产生了奥氏体到马氏体转变，硬而脆的马氏组织使焊缝材料得到了硬化。因此从试件的循环应力—应变响应曲线上看，焊缝

7、在低周循环加载过程中表现出一定的循环软化特征。试件的力—位移滞回曲线偏向受拉侧，焊缝金属在循环过程中呈现明显的拉压塑性应变不对称性，该现象表现出材料的包辛格效应。在基于平板对接焊构件疲劳性能试验研究的基础上，根据损伤力学的基本理论推导了基于连续介质损伤力学的低周疲劳寿命模型，该模型与13个Q345平板对接焊构件的低周疲劳试验结果吻合良好。在相同疲劳应变幅下，Manson-Coffin方程法和本文模型计算得到的低周疲劳寿命非常接近，而修正的通用斜率法和弹塑性缺口应力应变法由于推导模